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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于大功率高頻傳輸線共振變壓器（放大發(fā)射機(jī)）技術(shù)與耦合強(qiáng)磁共振原理的高效無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 這款無(wú)線電能傳輸裝置，它應(yīng)用了大功率高頻傳輸線共振變壓器（放大發(fā)射機(jī)）技術(shù)與耦合強(qiáng)磁共振原理，具有廣闊的應(yīng)用前景。軍事上可以拯救低軌道軍用偵察衛(wèi)星，給星際空間的探索器供電，在空間建立超大尺寸反射鏡，用于反射大功率微波。民用上可以給一些難以假設(shè)線路或危險(xiǎn)的地區(qū)供應(yīng)電能，解決地面太陽(yáng)能電站、水電站、風(fēng)力電站、原子能電站的電能輸送問(wèn)題。
- 詳細(xì)介紹：
- 這款無(wú)線電能傳輸裝置把地球作為內(nèi)導(dǎo)體，地球電離層作為外導(dǎo)體，通過(guò)放大發(fā)射機(jī)，使用這種放大發(fā)射機(jī)特有的徑向電磁波振蕩模式，在地球與電離層之間建立起大約8赫茲的低頻共振，利用環(huán)繞地球的表面電磁波來(lái)傳輸能量。我們所作的系統(tǒng)與現(xiàn)代無(wú)線電廣播的能量發(fā)射機(jī)制不同，與交流電力網(wǎng)中的交流發(fā)電機(jī)與輸電線的關(guān)系類似，當(dāng)沒(méi)有電力接收端的時(shí)候，發(fā)射機(jī)只與諧振腔交換無(wú)功能量，這種情況和特超聲的傳播類似，也與身外能量的周流模式類似，都與等離子體的脈動(dòng)有關(guān)，其基本原理是極高壓，極低電流，故類似交流電的高壓輸送一樣能耗很少，且以真空為傳輸媒介，能利用全息隱能量場(chǎng)的流轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)能量的無(wú)線傳輸，整個(gè)系統(tǒng)只有很少的有功損耗，傳輸距離遠(yuǎn)，效率高。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一說(shuō)到電力,就會(huì)想到大大小小的電線,甚至連手機(jī)和筆記本電腦這樣的小東西也要拖著長(zhǎng)長(zhǎng)的電線和沉重的變壓器,實(shí)在是太不方便了。于是長(zhǎng)期以來(lái)，電能的無(wú)線輸電一直是人類的夢(mèng)想。該無(wú)線輸電裝置工作過(guò)程為：電源先給主電容充電，當(dāng)電壓達(dá)到主振蕩器放電閥值時(shí)，放電器間隙的空氣開(kāi)始電離打火，近似導(dǎo)通，使初級(jí)諧振回路建立，開(kāi)始振蕩，向次級(jí)回路傳遞能量。次級(jí)回路隨即起振，接收能量。幾個(gè)周波后，初級(jí)回路能量釋放完畢。此時(shí)，較大部分的能量都轉(zhuǎn)移到次級(jí)回路上，一部分能量損耗在回路上。次級(jí)回路繼續(xù)振蕩，并反客為主，帶動(dòng)初級(jí)回路振蕩，以相同的方式把剛才得到的能量還給初級(jí)回路。但又一部分能量損耗在回路上，如此反復(fù)，直到損耗掉大部分能量。放電器兩端電壓和電流都不足后，放電器等效斷開(kāi)，由外部電源繼續(xù)給主電容充電。充電過(guò)程大概在3-10毫秒左右。這種裝置可以產(chǎn)生頻率很高的高壓電流,不過(guò)這種高壓電的電流極小,對(duì)人體不會(huì)產(chǎn)生顯著的生理效應(yīng)。研究中我們現(xiàn)在主要面臨的技術(shù)關(guān)鍵有以下幾點(diǎn)：1．利用放大發(fā)射機(jī)的原理對(duì)能量進(jìn)行放大與傳輸：2. 基于耦合強(qiáng)磁共振原理將電場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能量讓該裝置具有傳輸效率高，距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)。預(yù)期在試制成功的裝置上，該系統(tǒng)可達(dá)到如下技術(shù)指標(biāo)： 1.傳輸距離：10m以上；2.輸送功率；1kW；3.傳輸效率：70%；4.感應(yīng)器直徑：60cm； 5.共振頻率：10MHz；6.波 長(zhǎng)：30m；
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 無(wú)線電能傳輸是一種利用無(wú)線電技術(shù)傳輸電力能量的技術(shù)，目前尚在實(shí)驗(yàn)階段。技術(shù)上，這一系統(tǒng)與現(xiàn)代無(wú)線電廣播的能量發(fā)射機(jī)制不同，前者著眼于傳輸能量，而非附載于能量之上的信息。通過(guò)放大發(fā)射機(jī)裝置，使高頻功率能量產(chǎn)生特有的徑向電磁波振蕩模式，當(dāng)沒(méi)有電力接收端的時(shí)候，發(fā)射機(jī)只與諧振腔交換無(wú)功能量，整個(gè)系統(tǒng)只有很少的有功損耗。理論上，無(wú)線電波波長(zhǎng)越短，其定向性越好，彌散越小。無(wú)線輸電，會(huì)消滅亂七八糟的插座、各不兼容的充電器、蜘蛛網(wǎng)般的電線。在架線輸電不可能的地區(qū)，無(wú)線輸電同樣大有可為。有人擔(dān)心此技術(shù)可能給人帶來(lái)健康風(fēng)險(xiǎn),無(wú)線輸電技術(shù)的開(kāi)山鼻祖之一的索爾亞契奇今年較早前在到訪美國(guó)無(wú)線電力公司時(shí)指出，人類以及人類身邊的絕大多數(shù)物件都是非磁性的，而我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)大致上是透過(guò)磁場(chǎng)輸送能量，而磁場(chǎng)不會(huì)損害人體，因此實(shí)施該項(xiàng)目并無(wú)危險(xiǎn)。我們所作的無(wú)線輸電系統(tǒng)改變了以往紙上談兵的仿真實(shí)驗(yàn)階段，突破了傳輸效率低、距離短、小型化等缺點(diǎn)，是科學(xué)領(lǐng)域上的一次實(shí)質(zhì)性的突破。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本作品2011年4月于東北電力大學(xué)通過(guò)鑒定。本作品2011年6月于吉林省挑戰(zhàn)杯大學(xué)生課外科技作品競(jìng)賽中獲得一等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 獨(dú)家轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 1、實(shí)物、產(chǎn)品 2、模型 3、現(xiàn)場(chǎng)演示 4、樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 那么讓我們一起來(lái)設(shè)想一下以下情景：當(dāng)你在圖書(shū)館，筆記本電腦沒(méi)有電，公共插座都被別人占用，這時(shí)也許你會(huì)想：如果有無(wú)線供電該多好！然而一想到家用電器，我們就會(huì)聯(lián)想到辦公桌下面雜亂如麻的電線。到了二十一世紀(jì)，連手機(jī)和筆記本電腦這樣的小東西仍要拖著長(zhǎng)長(zhǎng)的電線和沉重的變壓器，實(shí)在是太不方便和落后了。且不說(shuō)繁華都市大街小巷的入戶輸電線，就是每天給家里電器找電源插座，就夠麻煩了。大家都經(jīng)歷過(guò)帶著手機(jī)出門(mén)，突然沒(méi)電，和朋友聯(lián)系不上的尷尬吧。無(wú)線輸電，會(huì)消滅亂七八糟的插座、各不兼容的充電器、蜘蛛網(wǎng)般的電線。在架線輸電不可能的地區(qū)，無(wú)線輸電同樣大有可為。無(wú)線輸電技術(shù)在特殊的軍事場(chǎng)合也具有廣闊的前景： a)給一些難以假設(shè)線路或危險(xiǎn)的地區(qū)供應(yīng)電能 b)解決地面太陽(yáng)能電站、水電站、風(fēng)力電站、原子能電站的電能輸送問(wèn)題 c)傳送衛(wèi)星太陽(yáng)能電站的電能 d)微重力環(huán)境中的晶體生長(zhǎng) e)給以微波發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)的交通運(yùn)輸工具供電 f)給星際空間的探索器供電
同類課題研究水平概述
- 國(guó)內(nèi)：目前，華南理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)都進(jìn)行了相關(guān)的研究，但都只是處于試驗(yàn)與仿真階段，沒(méi)有真正的實(shí)現(xiàn)裝置的制作. 國(guó)外：一百多年前，交流發(fā)電機(jī)的發(fā)明者美國(guó)人特斯拉最先感受到了無(wú)線電力傳輸?shù)木薮笳T惑力。他使用150KHz的非定向電磁波，成功點(diǎn)亮了2盞白熾燈。上個(gè)世紀(jì)二、三十年代，日本和美國(guó)率先開(kāi)展了無(wú)線輸電的研究。到了六七十年代，隨著大功率高效微波源研制成功，美國(guó)、蘇聯(lián)的專家學(xué)者都開(kāi)展過(guò)直流電的微波傳輸實(shí)驗(yàn)。進(jìn)入九十年代，以京都大學(xué)為主要科研的力量日本也加入無(wú)線輸電的競(jìng)爭(zhēng)陣營(yíng)。2001年5月16日，科學(xué)家在法國(guó)海外省留尼汪島進(jìn)行過(guò)微波長(zhǎng)距離無(wú)線輸電實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)亮了一支200瓦的燈泡。 2007年，麻省理工的研究小組使用了2個(gè)直徑大約60厘米的線圈。一個(gè)線圈接在電源上送電，另一個(gè)線圈則在約2米之外的地方接上一個(gè)燈泡。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)線圈內(nèi)的電流以10兆赫的頻率振動(dòng)時(shí)，根據(jù)電磁共振原理，它就會(huì)定向發(fā)出電磁場(chǎng)。而2米之外的另外一個(gè)線圈，對(duì)10兆赫的電磁場(chǎng)震蕩非常敏感，立即產(chǎn)生強(qiáng)烈的共振效應(yīng)，并同時(shí)將第一個(gè)線圈輻射出來(lái)的電磁能量一并拿下，點(diǎn)亮燈泡。麻省理工學(xué)院的科研組不是第一個(gè)提出無(wú)線能量轉(zhuǎn)換的組織。本次麻省理工的實(shí)驗(yàn)的引人注目之處在于他們?cè)趦x器小型化和輸電效率高效化方面實(shí)現(xiàn)了突破。去年冬天，英國(guó)廣播公司報(bào)道了這項(xiàng)研究計(jì)劃，僅僅過(guò)了大半年，實(shí)驗(yàn)就取得了初步的成果。實(shí)驗(yàn)成功之后，美國(guó)《科學(xué)》雜志以《通過(guò)耦合強(qiáng)磁共振進(jìn)行無(wú)線電力傳輸》為題詳細(xì)刊載了實(shí)驗(yàn)原理和過(guò)程，并長(zhǎng)篇累牘地了宣傳這個(gè)神奇的實(shí)驗(yàn)。這次實(shí)驗(yàn)成功讓人為之一振。現(xiàn)代社會(huì)文明，是建立在電力基礎(chǔ)上的。這決定了人類文明有個(gè)弱點(diǎn)——被電線牽著鼻子走。電線給大家?guī)?lái)的不完美實(shí)在是太多了。美國(guó)無(wú)線電力公司參加了今屆的TED Global展覽。該公司的首席行政總裁埃里克?吉萊爾在大會(huì)上現(xiàn)場(chǎng)為一部谷歌G1手機(jī)和iPhone隔空充電，并成功使一臺(tái)沒(méi)有接電線的電視機(jī)播放電視節(jié)目。他說(shuō)這個(gè)系統(tǒng)可以減省以英里計(jì)的昂貴電線和數(shù)億顆一次性電池。綜上所述，這是一項(xiàng)還未得到發(fā)展的系統(tǒng)，它證明能量轉(zhuǎn)換行得通。但是目前你不會(huì)愿意利用如此龐大的它給你的筆記本電腦供電。我們的目標(biāo)是縮小這個(gè)設(shè)備的體積、擴(kuò)大感應(yīng)器間的距離和提高電力轉(zhuǎn)換功效。
