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无线供电革命来临:无人机续航、自动驾驶迎来春天

时间:2017-07-20  作者:本站  浏览次数:675

  无人机终有一天将改变我们收发快递,监测农作物和逮捕嫌犯的方式。

  无人机终有一天将改变我们收发快递,监测农作物和逮捕嫌犯的方式。但是人们畅谈未来时,常常把无人机的硬伤避而不谈大多数无人机的续航只能维持十五分钟,之后就必须有人为他们更换电池或者插上充电线。

  目前身在西雅图的华盛顿大学教授约书亚˙史密斯想改变这种尴尬局面。今年五月,他创办了一家名为Wibotic的公司,旨在让无人机(与地面机器人)在充电时摆脱笨拙的电线与变压器。一台处于低电量状态的机器人将自动到达充电站附近半米处。LaserMotive,另一家立足于西雅图的公司,展现出了更大的野心。他们正在开发一套利用激光和光伏电池为仍在空中的无人机充电的系统。

  无线供电的想法最早可追溯到一个世纪之前。1893年,交流电之父尼古拉˙特斯拉,就在芝加哥哥伦布纪念博览会(世博会)的一个房间内向人们演示了如何穿过一个房间使未连接导线的灯泡发光。而这与他宏大的野心相比仅仅是雕虫小技而已。他声称相信能利用高塔与气球将电能传输到世界各地,甚至说服了摩根重新资助其项目。

  可惜项目失败了,正如大多数科学家们所预测的(特斯拉是一个杰出的科学家,但也是个爱出风头的家伙)。更多务实的远程供电研究现在再次引起人们的注意。作为先驱,特斯拉的技术现如今被用于手机的无线充电,而研究人员也正准备将其应用在电器用具,军事装备(如HUD)和医疗器材上(如人工心脏)。一家名为HIS的市场调研公司预计,现在的无线供电机器的市场规模将从现在的每年5亿美元在下个十年里增长30倍。

  标准问题

  除了激光技术,大多数无线充电产品都是基于电磁感应原理制成,即让交流电经过线圈产生磁场,磁场内有另一线圈接收磁场并转化为电能。如果接收线圈与发送线圈相对且相互紧靠,大多数电力能被接收方吸收。,如果将两者分开数毫米或没有对准,充电效率将大幅降低。

  像这样的电感耦合系统在电动牙刷上得到了非常好的应用。但想通过一个简单的充电站让无人机飞在其上空充电则是非常不切实际的。Wibotic给出的解决方案是在简单的收发线圈中加入调谐电路。当这些电路被调谐到相同的谐振频率,它们能更有效的交换能量。这使得无线传输的范围扩大到线圈的直径甚至更远。除了被用于无人机,这种工作方式的充电器可制造成碗型,以应用在智能手表上,或者干脆集成在桌面上。

  像感应本身,谐振感应并不是一个新的想法(特斯拉在维多利亚时代就展示了如何使用它),但这些进行了针对性的优化。现代谐振电路能在飞行时改变它们的电特性。因此,Wibotic承诺他们的设备能应付不稳定的无人机及在大风天气使用。无线充电允许设备具有防水防尘的特性。大型电子公司飞利浦演示了一个集成于柜台内的无线食物处理器。

  为了能使无线充电名副其实,各个设备间需要通力合作。这意味着要有一个统一的工业标准。不幸的是,早在1890年代,随着交流电(由特斯拉推动)与直流电(由爱迪生推动)之间的竞争,无线充电标准分裂为三个。

  首先,是由超过200家科技公司组成的无线充电联盟指定的Qi标准。它的工作电压大约5瓦,一个最适合手机充电用的功率。其次是PMA(PowerMattersAlliance),Qi标准的直接竞争对手。最后是Rezence,由A4WP设计,允许更高的功率。而在这个月初,PMA与A4MP的合并使得局势更加扑朔迷离。苹果公司是个例外,它在AppleWatch上搭载的无线充电器不遵循以上任何标准。

  通常来讲,标准之争的胜负不由技术优劣决定,而在于谁能更快推出并抢占市场。这种情况下三位竞争者都有机会。Qi是适应于手机的无线充电标准,支持多于80种型号的手机。Qi也被一些宜家公司生产的平装桌子及床头灯所支持。

  然而,在快餐市场却是PMA一家独大。在美国符合其充电标准的餐厅包括麦当劳与星巴克等数百家,这对于想在用餐时顺便为手机充电的用户购买其配件有巨大吸引力。甚至是还没有实际应用的Rezence,也在加速研发。世界上最大的硅芯片制造商英特尔,在下一代微处理器上将Rezence标准整合到电脑及平板上。

  幸运的是,对于消费者来说,某些手机及配件已经开始支持两个或三个标准。一家无线充电配件厂商,A4WP联盟的创始成员WiTricity总裁AlexGruzen认为,英特尔的加入将彻底扭转局面,正如2003年英特尔的加入使WiFi赢得无线网络标准一样。

  特立独行的特斯拉

  无线充电不会仅仅用于手持设备,电动汽车的兴起成为无线充电的第二战场。汽车厂商们尽量防止标准之争再起。汽车工程师协会在与各厂商协商之后,将标准统一为功率20千瓦及工作频率85千赫兹。

  第一辆符合这项标准的汽车将在2017至2018年推出。讽刺的是,特斯拉汽车并不在此标准之内。特斯拉公司总裁埃隆马斯克对无线充电的兴趣并不大。他认为与他的「超级充电桩」相比,无线充电效率低下,功率不足。超级充电桩的功率为无线充电的六倍,并已部署数百座,遍布世界各地。

  定点充电站,无论是有线无线,都不是人们追求的极限。高通公司,与戴勒姆汽车公司合作研发了Halo无线充电套件,希望将无线充电集成到道路上。这势必将使电动汽车厂商们展开新的竞争。电动汽车的续航范围内必须要有数量合理的充电设施,而电池是整部汽车成本最高的组件,无线充电的普及意味着电池容量可以适当减小进而使成本下降。电动公交车已经遍布意大利,韩国,英国与美国加州部分地区,而如今它们就是采取地下无线充电的方式。

  如果方便快捷的无线充电器能使汽车厂商减少一半的电池,那电动汽车的售价将降低数千美元。这将对电动交通工具的市场有巨大的好处。尼古拉˙特斯拉的跨洲际无线输电计划失败了,但是他的骗局也许会在某种同样戏剧化的层面上成功:让全世界的道路交通工具无碳化。

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