基本信息
- 项目名称：
- 基于大功率高频传输线共振变压器（放大发射机）技术与耦合强磁共振原理的高效无线电能传输系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 这款无线电能传输装置，它应用了大功率高频传输线共振变压器（放大发射机）技术与耦合强磁共振原理，具有广阔的应用前景。军事上可以拯救低轨道军用侦察卫星，给星际空间的探索器供电，在空间建立超大尺寸反射镜，用于反射大功率微波。民用上可以给一些难以假设线路或危险的地区供应电能，解决地面太阳能电站、水电站、风力电站、原子能电站的电能输送问题。
- 详细介绍：
- 这款无线电能传输装置把地球作为内导体，地球电离层作为外导体，通过放大发射机，使用这种放大发射机特有的径向电磁波振荡模式，在地球与电离层之间建立起大约8赫兹的低频共振，利用环绕地球的表面电磁波来传输能量。我们所作的系统与现代无线电广播的能量发射机制不同，与交流电力网中的交流发电机与输电线的关系类似，当没有电力接收端的时候，发射机只与谐振腔交换无功能量，这种情况和特超声的传播类似，也与身外能量的周流模式类似，都与等离子体的脉动有关，其基本原理是极高压，极低电流，故类似交流电的高压输送一样能耗很少，且以真空为传输媒介，能利用全息隐能量场的流转实现能量的无线传输，整个系统只有很少的有功损耗，传输距离远，效率高。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 一说到电力,就会想到大大小小的电线,甚至连手机和笔记本电脑这样的小东西也要拖着长长的电线和沉重的变压器,实在是太不方便了。于是长期以来，电能的无线输电一直是人类的梦想。该无线输电装置工作过程为：电源先给主电容充电，当电压达到主振荡器放电阀值时，放电器间隙的空气开始电离打火，近似导通，使初级谐振回路建立，开始振荡，向次级回路传递能量。次级回路随即起振，接收能量。几个周波后，初级回路能量释放完毕。此时，较大部分的能量都转移到次级回路上，一部分能量损耗在回路上。次级回路继续振荡，并反客为主，带动初级回路振荡，以相同的方式把刚才得到的能量还给初级回路。但又一部分能量损耗在回路上，如此反复，直到损耗掉大部分能量。放电器两端电压和电流都不足后，放电器等效断开，由外部电源继续给主电容充电。充电过程大概在3-10毫秒左右。这种装置可以产生频率很高的高压电流,不过这种高压电的电流极小,对人体不会产生显著的生理效应。研究中我们现在主要面临的技术关键有以下几点：1．利用放大发射机的原理对能量进行放大与传输：2. 基于耦合强磁共振原理将电场能量转化为磁场能量让该装置具有传输效率高，距离远的特点。预期在试制成功的装置上，该系统可达到如下技术指标： 1.传输距离：10m以上；2.输送功率；1kW；3.传输效率：70%；4.感应器直径：60cm； 5.共振频率：10MHz；6.波 长：30m；
科学性、先进性
- 无线电能传输是一种利用无线电技术传输电力能量的技术，目前尚在实验阶段。技术上，这一系统与现代无线电广播的能量发射机制不同，前者着眼于传输能量，而非附载于能量之上的信息。通过放大发射机装置，使高频功率能量产生特有的径向电磁波振荡模式，当没有电力接收端的时候，发射机只与谐振腔交换无功能量，整个系统只有很少的有功损耗。理论上，无线电波波长越短，其定向性越好，弥散越小。无线输电，会消灭乱七八糟的插座、各不兼容的充电器、蜘蛛网般的电线。在架线输电不可能的地区，无线输电同样大有可为。有人担心此技术可能给人带来健康风险,无线输电技术的开山鼻祖之一的索尔亚契奇今年较早前在到访美国无线电力公司时指出，人类以及人类身边的绝大多数物件都是非磁性的，而我们通过实验证明该系统大致上是透过磁场输送能量，而磁场不会损害人体，因此实施该项目并无危险。我们所作的无线输电系统改变了以往纸上谈兵的仿真实验阶段，突破了传输效率低、距离短、小型化等缺点，是科学领域上的一次实质性的突破。
获奖情况及鉴定结果
- 本作品2011年4月于东北电力大学通过鉴定。本作品2011年6月于吉林省挑战杯大学生课外科技作品竞赛中获得一等奖。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 独家转让
作品可展示的形式
- 1、实物、产品 2、模型 3、现场演示 4、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 那么让我们一起来设想一下以下情景：当你在图书馆，笔记本电脑没有电，公共插座都被别人占用，这时也许你会想：如果有无线供电该多好！然而一想到家用电器，我们就会联想到办公桌下面杂乱如麻的电线。到了二十一世纪，连手机和笔记本电脑这样的小东西仍要拖着长长的电线和沉重的变压器，实在是太不方便和落后了。且不说繁华都市大街小巷的入户输电线，就是每天给家里电器找电源插座，就够麻烦了。大家都经历过带着手机出门，突然没电，和朋友联系不上的尴尬吧。无线输电，会消灭乱七八糟的插座、各不兼容的充电器、蜘蛛网般的电线。在架线输电不可能的地区，无线输电同样大有可为。无线输电技术在特殊的军事场合也具有广阔的前景： a)给一些难以假设线路或危险的地区供应电能 b)解决地面太阳能电站、水电站、风力电站、原子能电站的电能输送问题 c)传送卫星太阳能电站的电能 d)微重力环境中的晶体生长 e)给以微波发动机推进的交通运输工具供电 f)给星际空间的探索器供电
同类课题研究水平概述
- 国内：目前，华南理工大学、哈尔滨工业大学都进行了相关的研究，但都只是处于试验与仿真阶段，没有真正的实现装置的制作. 国外：一百多年前，交流发电机的发明者美国人特斯拉最先感受到了无线电力传输的巨大诱惑力。他使用150KHz的非定向电磁波，成功点亮了2盏白炽灯。上个世纪二、三十年代，日本和美国率先开展了无线输电的研究。到了六七十年代，随着大功率高效微波源研制成功，美国、苏联的专家学者都开展过直流电的微波传输实验。进入九十年代，以京都大学为主要科研的力量日本也加入无线输电的竞争阵营。2001年5月16日，科学家在法国海外省留尼汪岛进行过微波长距离无线输电实验，点亮了一支200瓦的灯泡。 2007年，麻省理工的研究小组使用了2个直径大约60厘米的线圈。一个线圈接在电源上送电，另一个线圈则在约2米之外的地方接上一个灯泡。当第一个线圈内的电流以10兆赫的频率振动时，根据电磁共振原理，它就会定向发出电磁场。而2米之外的另外一个线圈，对10兆赫的电磁场震荡非常敏感，立即产生强烈的共振效应，并同时将第一个线圈辐射出来的电磁能量一并拿下，点亮灯泡。麻省理工学院的科研组不是第一个提出无线能量转换的组织。本次麻省理工的实验的引人注目之处在于他们在仪器小型化和输电效率高效化方面实现了突破。去年冬天，英国广播公司报道了这项研究计划，仅仅过了大半年，实验就取得了初步的成果。实验成功之后，美国《科学》杂志以《通过耦合强磁共振进行无线电力传输》为题详细刊载了实验原理和过程，并长篇累牍地了宣传这个神奇的实验。这次实验成功让人为之一振。现代社会文明，是建立在电力基础上的。这决定了人类文明有个弱点——被电线牵着鼻子走。电线给大家带来的不完美实在是太多了。美国无线电力公司参加了今届的TED Global展览。该公司的首席行政总裁埃里克•吉莱尔在大会上现场为一部谷歌G1手机和iPhone隔空充电，并成功使一台没有接电线的电视机播放电视节目。他说这个系统可以减省以英里计的昂贵电线和数亿颗一次性电池。综上所述，这是一项还未得到发展的系统，它证明能量转换行得通。但是目前你不会愿意利用如此庞大的它给你的笔记本电脑供电。我们的目标是缩小这个设备的体积、扩大感应器间的距离和提高电力转换功效。
