基于无线电力传输技术的建筑应用

　　摘 要：无线电力传输作为一种新型的电能传输手段，目前已开始在生产与生活中应用，虽然传输功率还受到制约，但可以预见的是，这种新型的电能传输技术必将带来一次能源革命，将会推动新能源的开发与利用。

　　关键词：无线；电力传输；技术；建筑

　　无线电力传输就是利用无线电的手段，将由发电厂制造出来的电力转换成为无线电波发送出去，再通过特定的接收装置将无线电波收集起来并转换为电力，供人们使用。最早提出并设计成功无线电力传输的科学家是著名的物理学家特斯拉，利用特斯拉线圈（一种分布参数高频共振变压器）可以获得上百万伏的高频电压。 特斯拉线圈的线路和原理都非常简单，现在称之为大功率高频传输线共振变压器，特斯拉把地球作为内导体，地球电离层作为外导体，通过他的放大发射机，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。

　　这一系统与现代无线电广播的能量发射机制不同，而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，发射机只与天地谐振腔交换无功能量，整个系统只有很少的有功损耗，而如果是一般的无线电广播，发射的能量则全部在空间中损耗掉了。2007年6月，麻省理工大学的物理学助理教授马林・索尔贾希克（Marin Soljacic）和他的研究团队公开做了一个演示。他们给一个直径60厘米的线圈通电，6英尺（约1.9米）之外连接在另一个线圈上的60瓦灯泡被点亮了。这种马林称之为“WiTricity”技术的原理就是“磁耦合共振”，他将特斯拉有生之年因没有财力实现的这一主张变为现实。这种方案不仅可行，而且效率极高，对生态安全，并且不会干扰无线电通信。

　　日本2008年2月15日，将一种无需插头与电源线且不直接接电源就能充电的新型混合动力汽车在日本投入试运行，用于东京雨田机场航站之间的旅客运输。该汽车利用电磁感应原理及电能转换等技术用无线的方式实现充电，只需停在设置在路面的电源线圈的正上方就能给汽车内的锂电池快速充电。该车最高时速为80km/h，如果仅使用电力运行，充电一次可行驶约15km。更广范围的应用研究计划在2015年前后将其投入到居民生活当中。

　　在2010CES展会上，海尔推出了一款无尾电视，正是应用了无线电力传输技术，只不过大范围的电力技术涉及到世界范围内的能量广播和免费获取，在现有的政治和经济体制下，无人实际问津这种技术的大规模应用。

　　在建筑物内以常规电能为主，以生物质能、太阳能、风能互补为辅可以构成多动力源系统，因所述能源技术可以方便实现，故在此不再对能源构成赘述。根据现有电能无线传输技术的应用结论，利用小功率无线电能传输装置，在建筑物内实现电力无线传输的设计思路。

　　在建筑物内可使用多功能家用电器无线供电“膜片”对家用电器供电。这是一种新型的家用电器无线供电方式，用一片图书大小的柔软塑料膜片就可对家电进行无线供电――该特制塑料膜上面印刷有半导体感应线圈，厚度约1mm、面积约20cm2、重约50g，可以贴在桌子、地板、墙壁上，可为圣诞树上的LED、装饰灯、鱼缸水中的灯泡或小型电机供电。使用前家用电器需要装上可接收电能的感应线圈，然后放到相应位置即可得到无线供电。

　　这种薄膜电源由四层塑料薄膜组成，从下到上依次是电导可控的有机晶体管，感测兼容电子设备接近的铜线圈、接通或断开电源的MEMS开关、传送电能的铜线圈。当电器进入薄膜2.5cm范围内，最靠近的MEMS开关接通电源，电感线圈就利用电磁感应向设备供电。试验验证，扣除发热损耗的情况下能量转换率可达62.3%，可转送30W电力（如果加大膜片尺寸可达100W）。据称该无线供电膜片将自行判断电器所在位置，在居室空间的较大范围内可随意放置。在无电源线的吸尘器、笔记本电脑以及家用机器人等的应用方面有广阔前景。

　　目前，无线电电力供给有三种方式：电磁感应性（利用电流通过线圈产生磁力实现近程无线供电）、电波接受型（电力转换成电波近程无线供电）、磁场共鸣型（利用磁场等共鸣效应近程无线供电），实验证明：利用“电磁共振耦合”原理，电磁共振的能量流失少。

　　我们有理由相信：“在通过了效率性、安全性的比对测试，确认均不存在问题的情况下，就可以稳步推动家电产品无线化进入高效安全的实用化阶段了。”

　　业内专家分析认为，在解决了能效转化效率、电磁人体辐射安全的情况下，无线供电方式将能够有效解决家庭布线、家电固定化、居室墙面、景观破坏等问题，为人们的生活提供更多的便利。同时，还将在大量节省布线所用的铜、塑料以及人力等资源方面发挥显著作用。

　　参考文献：

　　[1]杨成英、陈勇.中程距离无线输电的实现[J].科技信息，2009（3）

　　[2] 魏红兵等.电力系统中无线电能传输的技术分析.《西南大学学报（自然科学版）》 2009年09期

　　[3] 黄宏志，许光.基于无线传输模块的电力负控系统软件设计《计算机与现代化》 2012年05期

　　[4]程胜利. 区域性办公环境的无线电力运用[J]；科技信息；2012年19期