如果電動(dòng)汽車能夠在高速公路行駛過(guò)程中充電，就能無(wú)形中打消里程的顧慮，降低花費(fèi)，或者使得電力成為車輛的標(biāo)準(zhǔn)能源。

近期斯坦福大學(xué)科學(xué)家攻克了阻礙這種未來(lái)的一個(gè)重大難關(guān)，能夠給附近的移動(dòng)物體無(wú)線傳輸電力。這一成果已發(fā)表在6月15日的自然雜志上。

電子工程教授Shanhui Fan說(shuō)道：“我們的新技術(shù)除了能推進(jìn)車輛和類似手機(jī)等個(gè)人設(shè)備的無(wú)線充電，還能解放制造業(yè)中移動(dòng)的機(jī)器人。我們?nèi)孕枰�大大增加傳遞給電動(dòng)汽車充電的電量，但我們可能不再需要過(guò)多考慮距離問(wèn)題了�！�

credit: 煎蛋畫(huà)師點(diǎn)叁

2007年，MIT研發(fā)了一種向幾十厘米外固定物體無(wú)線傳輸電力的方法，該研究小組就在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)一步的工作。在新工作中，研究團(tuán)隊(duì)向一個(gè)移動(dòng)LED燈泡無(wú)線傳輸電力。這一演示中只涉及到1毫瓦的充電，而電動(dòng)汽車通常卻要求數(shù)十千瓦才能運(yùn)行。研究團(tuán)隊(duì)目前正致力于增大傳輸?shù)碾娏�，調(diào)整系統(tǒng)延展傳輸距離并提高效率。

行駛里程

無(wú)線充電能處理電動(dòng)汽車的一個(gè)重大缺陷——行駛里程有限。特斯拉汽車公司期望其將發(fā)售的Model3能一次充電跑200多英里(300多千米)，而市面上已有的雪佛蘭Chevy Bolt廣告稱能跑238英里(383千米)。但一般電動(dòng)汽車電池需要花7個(gè)小時(shí)才能充滿。行駛中充電系統(tǒng)將能克服這些限制。

Fan解釋道：“理論上，電動(dòng)汽車可以不用停下來(lái)充電而是一直無(wú)限制地跑。但這樣的條件是在行駛過(guò)程中能進(jìn)行充電。車輛底部的線圈能從嵌在道路內(nèi)連接電流的一系列線圈中接收到電力。”

某些交通運(yùn)輸專家設(shè)想了一種自動(dòng)高速路系統(tǒng)，無(wú)人駕駛電動(dòng)汽車能利用太陽(yáng)能或其他可再生能量源進(jìn)行無(wú)線充電。目標(biāo)將是減少事故并大大提升交通流量，同時(shí)降低溫室氣體排放。

無(wú)線技術(shù)也能輔助無(wú)人駕駛汽車的GPS導(dǎo)航。GPS準(zhǔn)確度能達(dá)到35英尺(約10米)。為了安全，自動(dòng)汽車需要保持在車道中央，如果將傳輸線圈嵌入在中心線，那么就能為GPS衛(wèi)星提供非常準(zhǔn)確的定位。

磁共振

斯坦福大學(xué)和其他研究大學(xué)研究的中程無(wú)線電力傳輸是基于磁共振耦合。正如大型發(fā)電廠通過(guò)旋轉(zhuǎn)磁體之間的線圈產(chǎn)生交流電，流經(jīng)導(dǎo)線的電力也會(huì)產(chǎn)生振蕩磁場(chǎng)。這種場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致附近線圈中的電子振蕩，因而實(shí)現(xiàn)無(wú)線電力傳輸。通過(guò)將兩種線圈調(diào)整為相同的磁共振頻率，并以正確的角度放置，就能進(jìn)一步提高傳輸效率。

然而，當(dāng)物體移動(dòng)時(shí)，只有手動(dòng)調(diào)整電路的某些方面，比如頻率，電流才能保持持續(xù)性。所以，要么能量傳輸線圈和接收線圈保持幾乎靜止，要么設(shè)備就自動(dòng)不斷進(jìn)行調(diào)整——這是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程。

為了解決這個(gè)挑戰(zhàn)，斯坦福研究團(tuán)隊(duì)除去了傳輸電路中的射頻源，將其替代為商用電壓放大器和反饋電阻器。這一系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算出不同距離下的正確頻率，不需要人工干預(yù)。

研究第一作者、研究生Sid Assawaworrarit說(shuō)道：“增加放大器使得電力能非常有效地跨越1米的距離，無(wú)視接收線圈的朝向變化。這消除了電路任何方面的自動(dòng)和連續(xù)調(diào)整需求。”

Assawaworrarit將一個(gè)LED燈放置在接收線圈中來(lái)測(cè)試該方法。在沒(méi)有主動(dòng)調(diào)整的傳統(tǒng)設(shè)置中，LED的亮度將隨距離增大而減弱。而在新的設(shè)置中，在接受器移動(dòng)1米的過(guò)程中，亮度保持不變。Fan的團(tuán)隊(duì)最近為該進(jìn)展申請(qǐng)了專利。

研究團(tuán)隊(duì)使用了一個(gè)相對(duì)低效僅有10%的現(xiàn)成通用放大器。他們稱定制放大器能將效率提升至90%多。

Fan說(shuō)道：“我們能重新思考如何傳遞電力，不僅給我們的汽車，還給我們身體上或者身體內(nèi)的小型設(shè)備。對(duì)任何可能從動(dòng)態(tài)無(wú)線充電中受益的事物，這都是具有潛在重要性的�！�

論文原文：doi:10.1038/nature22404

本文譯自phys，由譯者 CliffBao 基于創(chuàng)作共用協(xié)議(BY-NC)發(fā)布。

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