无线供电领域研究距上一次取得突破已有十年之久。麻省理工学院研究人员曾实现以40%的效率向两米之外的固定目标供电,相关研究2007年6月发表于 Science。但是,小到智能手机,大到电动汽车,在使用中改变位置是不可避免的,这一问题极大制约了无线供电技术的发展。
基于电磁感应原理的现代无线供电技术已问世多年,为智能手机、无线鼠标、智能手表无线充电的设备已初步产品化。然而目前的无线供电产品仅仅是省掉了充电线,充电时仍须将电子设备置于供电板上,灵活性并无太大提高。加之效率较低,无线供电器尚未被消费者广泛接受。
在范汕洄课题组改进的方法中,产生电磁波的波源被一个放大器所替代,利用量子力学中的宇称-时间对称性(PT-对称),新系统的发射线圈产生可自动调节的电磁波,在间距70公分的范围内都能达到最大的能量转移效率。
宇称-时间对称性是指系统在镜像变换和时间反演变换下保持不变的性质。在经典的非量子系统中,也可以人为构造这种对称性。这样的系统由对称排列的部分组成,这些部分要么消耗能量,要么获得能量。在无线供电技术中,可以把要供电的设备视为消耗能量的部分,而放大器给线圈提供能量,可以视为获得能量的部分。
如果两个感应线圈相同,且放大器增加的电磁能量超过某一阈值(取决于载荷大小),这个系统就满足了宇称-时间对称。如此一来,接收线圈远离时损失能量,放大器会自动增加能量进行补充。
这一刚刚问世的无线供电系统目前仅可输送1毫瓦的功率,要驱动功耗高达数十千瓦的电动汽车,还有很长的路要走。相比之下,功耗较低的智能手机(充电功率在10瓦左右)等便携电子设备实现“随处充电”的目标可能要近得多。 |
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