名古屋大學天野教授等人成功開發無線輸電技術！功率提高三倍

2020-10-03 紐瀾日本留學

2020年9月23日，獲得了諾貝爾物理學獎的名古屋大學的天野浩教授和金澤工業大學的伊東健治教授宣布開發出了大幅提高「無線供電」功率轉換效率的技術，該技術用於使用無線對遠處設備進行充電。


可以用無線方式接收比以往大三倍的電力。目標是在2022年之前實現對飛行中的無人機充電的目標輸入10W規模的無線供電。


新開發的是使用微波的受電系統，可以從數米到數公裡以上的地方無線供電。新開發了兩種技術，大大提高了無線供電的輸電。

★ 首先是整流電路的電路部和受電天線的一體化。使用微波的無線供電的特點是，通過從輸電天線發射微波，即使是遠距離也能供電。現在使用主流線圈的電磁感應方式的無線供電，供電距離最大也只有幾十釐米左右。

然而，使用微波的無線電源存在將無線電波轉換成電力的效率低下的問題，並且直到現在還沒有投入實際使用。

這次，金澤理工大學電氣工程學院電氣與電子工程系教授伊東健治教授通過集成將微波轉換成直流電流的天線和整流電路來防止功率損耗。常規上，將天線接收的無線電波轉換為功率的效率約為70％，但已提高到93％（在1W輸入功率下），這是世界一流的水平。

在傳統的微波供電中，交流電的微波從輸電天線傳遞到受電天線，並通過整流電路轉換為直流。整流電路由承擔電壓升壓等作用的電路部和將交流轉換為直流的GaAs（砷化鎵）整流二極體構成，但迄今為止，電流通過電路部，效率大大降低。

★ 另一項新技術是，由名古屋大學未來材料與系統研究所的天野浩教授開發的，使用具有高速度和低噪聲的HEMT（高電子遷移率電晶體）結構的GaN器件。

通過將GaAs二極體置換為利用HEMT結構的GaN元件，能夠實現將其應用於無人機的輸入10W規模的電力傳輸。利用天野教授開發的HEMT結構的GaN元件與此前開發的GaN元件相比，受電功率增加了3倍！

本研究是內閤府主導的「戰略創新創造計劃（SIP）」的一環，由天野浩教授等大學團體開發基礎技術，旨在解決東芝等企業集團為確保人體安全性等實用化所需的課題。

關於10W輸入實驗的時間，伊東教授說：「我希望到2010年完成。」

相關焦點

  • 尼古拉·特斯拉的無線輸電技術是真的嗎?
    在特斯拉的設想中，電力傳到遠方的用電設備無需藉助導線傳播，而是直接在空中傳播，從而極大降低輸電成本。 　　特斯拉的無線輸電原理利用到了現在被稱為舒曼共振的一種全球性的電磁共振。地球表面和電離層形成一個空腔或者說電容，閃電的放電能夠產生和激發全球性的電磁共振，在7.83赫茲出有一個明顯的峰值。
  • SiC領域20年來的重大技術突破，京都大學將品質提高約10倍
    京都大學研究生院工學研究科的木本恆暢教授、東京工業大學科學技術創成研究院的松下雄一郎特任副教授及小林拓真博士研究員等人組成的研究團隊，把被視為節能王牌的SiC半導體20多年來面臨的主要問題——半導體缺陷降低了一位數，成功地將性能提高了約10倍。
  • 京都大學等實現SiC二十年來的重大技術突破,將品質提高約10倍
    、東京工業大學科學技術創成研究院的松下雄一郎特任副教授及小林拓真博士研究員等人組成的研究團隊，把被視為節能王牌的SiC半導體20多年來面臨的主要問題——半導體缺陷降低了一位數，成功地將性能提高了約10倍。
  • 原上海電纜所黃崇祺院士:銅包鋁線與無線輸電技術
    我們知道，現在在汽車行業裡面，用在無線充電裡面主要是兩種基礎線路，一個是基於磁感應的短距離的輸電技術，這個技術從現在現有的資料來看，主要是以色列已經在公路上進行驗證實驗。從文章裡看，使用的是電磁感應的這麼一個技術。第二個用的，現在看來已經開使用的，就是基於磁共振耦合的中距離輸電技術的原理。
  • 京都大學成功將SiC半導體性能提高兩倍
    京都大學研究生院工學研究科的木本恆暢教授與正在攻讀博士學位的立木馨大等人組成的研究團隊，大幅減少了被視為節能王牌的SiC半導體20年來一直存在的缺陷（半導體缺陷），將SiC電晶體的性能成功提高了2倍。SiC具有非常高的抗絕緣破壞性和耐熱性，作為高耐壓、低損耗（高效率）的功率器件用材料，全球展開了激烈的研發競爭。京都大學在SiC半導體領域，從SiC的晶體生長、缺陷降低和特性調查，到提出新結構器件方案及原理驗證等一直處於領先地位。從1995年前後起，國內外的企業也開始全面推進SiC功率半導體的研究開發，2001年開始量產SiC二極體，2010年開始量產SiC電晶體，並配備於各種產品。
  • 汽車、衛星和電網,無線輸電可不止手機快充這麼簡單
    事實上，在汽車、工業製造乃至太空探索領域，無線輸電的需求正與日俱增，而這項技術一旦大範圍普及，勢必會重塑人類社會的能源利用方式。1890年後，特斯拉利用火花激發的射頻諧振變壓器（現在稱為特斯拉線圈），通過電感和電容耦合的方式傳輸功率，產生了很高的交流電壓。 特斯拉早期開發了基於近場電感和電容耦合的無線照明系統，並進行了無線點亮白熾燈泡的一系列公開演示。雖然最後未能將他的發現做成商業產品，但特斯拉的諧振電感耦合方法現在已經被廣泛應用於短距離無線輸電系統。
  • 世界首座商用遠距離無線輸電設備,10 月有望現身紐西蘭
    另一版本的特斯拉塔(Tesla Tower)最近紐西蘭第二大電力公司Powerco 與新創公司Emrod 攜手合作，將開始測試遠距離無線電力傳輸，以微波能量輸送電力，計劃10 月就能交貨，這或許是世界第一個商用遠距無線輸電系統。
  • 我們距離實現「無線輸電」還有多遠?
    圖片來源：Photo by israel palacio on Unsplash 無線輸電，是指不經過電纜將電能從發電裝置傳送到接收端的技術
  • 無線輸電到底靠不靠譜?
    無線輸能的要義既然空氣或真空對能量傳輸是一條「高阻通道」，想要能量順利傳輸過去，不因「高阻」而四散瀰漫，只有一個方法——諧振!雷射是一種諧振的光源，收音機靠諧振接收信號，同樣電能傳輸也需要諧振的幫助。諧振的詳情請見問下的附錄二，詳細闡述了諧振的概念，以及各種能源的諧振實例。
  • 科學家開發出一種經濟的原子電池,其功率提高了10倍
    由於使用了β伏特元素的原始3-D結構，其尺寸減少了三倍，比功率增加了10倍，成本降低了50％。該結果已發表在國際科學雜誌《應用輻射與同位素》上。 原始設備使用鎳-β-電壓元件的微通道3-D結構。它的獨特之處在於，在所謂的平面pn結的兩側都應用了放射性元素，這簡化了電池製造技術以及對控制反向電流的控制，從而浪費了電池的電量。
  • 日本名古屋大學與旭化成合作開發出一個雷射二極體 可發射迄今為止...
    打開APP 日本名古屋大學與旭化成合作開發出一個雷射二極體 可發射迄今為止波長最短的紫外光 LEDinside 發表於 2020-03-19 15:36:23
  • OKI開發成功達到世界最高漏極效率的功率GaAs MESFET
    2005年4月19日，東京—-衝電氣工業株式會社(以下簡稱為OKI) ,報導開發成功了實現世界最高漏極(drain)效率(注1)的10W級無線通信用功率GaAs MESFET(注2)的新產品——「KGF1934」。4月開始，以W-CDMA、CDMA2000等第3代手機(注3)為中心，面向各種無線通信基站的送信用功率放大器市場供應樣品。
  • 【聚焦】無線輸電靠不靠譜?
    電能的無線傳輸　　我們需要建立諧振頻率是50Hz的一條迴路，這樣就能把電能傳輸過去了。話雖如此，但實現起來並不好辦。（電容和電感是電學中最常見但也是最難理解的概念，有機會小編會寫一期介紹電容和電感的物理本質是什麼）　　目前也有無線輸電的應用案例，比如無線充電的牙刷、手機、汽車，這些案例中的一個共性就是距離短。牙刷和手機都安放在充電座上，無線充電汽車的底盤與地面貼的也非常近（30cm以內）。距離近的目的只有一個，減少周圍環境的雜散電容電感的影響，以便我們設計的迴路能夠最大限度的傳輸能量。
  • 東南大學教授尤肖虎:無線通信拓路人
    他們的工作就是通過拓寬路面、提高道路條件來攻克這一難關。「我們現在把這條高速路拓寬10倍，把路基建得更好，使車輛通行速度提高10倍，兩者疊加，整條通信高速路的流量可以提高100倍。」　　這項技術的意義有多大呢?
  • 學術報告 | 「沈藥無涯論壇」第195講:日本名古屋大學淺沼浩之教授學術報告會
    報告人簡介（中文）：淺沼浩之，日本名古屋大學大學教授，工學博士（東京大學）。1995-2005年，在東京大學工學院化學與生物技術專業和東京大學尖端科技研究中心先後任助理教授，副教授。自2005年起任名古屋大學工學院分子設計與分子工程專業及生命分子工學專業教授至今。
  • 名古屋工業大學開發成功氯化物電解質材料,實現大容量全固態電池
    日本名古屋工業大學研究生院工學研究科的谷端直人助教等人組成的研究團隊，採用高成型性氯化物固體電解質材料製作了高能量密度鋰金屬電極，並實現了穩定的充放電循環。研究團隊成功地在惰性氣體和常溫常壓環境下合成了以前需要在有毒氣體和高溫下處理的氯化物材料。
  • 日本開發成功氮化鎵晶體低成本製造裝置有望成為功率器件的突破口
    日本科學技術振興機構（JST）的產學共同實用化開發業務（NexTEP） 「基於THVPE法的高品質塊狀GaN生長裝置」獲得成功。這項開發以東京農工大學的特別客座教授纐纈明伯等人的研究成果為基礎，於2013年8月至2019年3月委託大陽日酸公司開發本部和創新事業本部進行實用化開發。
  • 半波長輸電技術簡介
    當建設的特高壓交流線路的輸送距離達到了半波長的時候，其輸送功率和其他特性就會發生與一般輸電線路明顯不同的變化。根據之前的研究表明，當半波長輸電採用1000kV的交流方式時，輸送功率可達6700MW左右，大約是現在普通1000kV特高壓交流輸電輸送功率的1.34至1.68倍。
  • 17年拿17個諾獎,日本獲獎者及名古屋大學校長卻開始反思
    澎湃新聞（www.thepaper.cn）專訪了誕生其中三分之一諾獎的日本名古屋大學校長松尾清一和2014年諾貝爾物理學獎得主天野浩。松尾清一認為，中國和日本都要避免一味追求短期成果和只重視能實用化的研究，而應對做基礎研究的研究者所遇到的困境進行支援。天野浩則很懷念那個「研究者們滿含熱情埋頭研究的時代」。
  • 「反雷射」技術可能實現遠距離無線電力傳輸
    「反雷射」技術可能實現遠距離無線電力傳輸自從尼古拉·特斯拉在1891年用他的線圈成功試驗了無線電力傳輸以來目前，只要將智慧型手機放在距離充電站一英寸以內的地方，就可以為其無線充電。但是，從一個房間的一側到另一個房間，甚至跨越一棟建築的遠距離無線電力傳輸仍然是未解決的難題。目前正在開發的大多數方法都涉及聚焦狹窄的能量束，並將其瞄準預定目標。這些方法取得了一定的成功，但迄今為止效率不高。而且讓聚焦的電磁束在空中飛來飛去，讓人感到不安。