超导技术和无线输电技术都是非常有前景的,都是电磁学领域极有价值的科技应用。但是二者的技术细节差别较大,并不好做对比。所以我就硕士期间在无线输电领域做了一点点研究抛砖引玉地回答一下无线输电技术,期待有人补充超导技术的各种细节。硕士和博士的方向以及工作后的方向都是无线能量传输,同意超导是要高于无线能量传输的 超导一旦研究突破具有划时代意义。而无线能量传输目前主要在一些特殊场合解决了安全便利供电的问题超导的进步将直接导致无线能量传输的进步(效率和距离的增大)。而无线能量传输的进步对超导的进步毫无建树,由此可见超导是更为具有基础性指导性的学科,无线能量传输应用在特殊场合可以解决很多安全性问题。例如:井下供电、水下供电、电动牙刷充电、大角度旋转机构供电、人体内医疗器械充电等,共同点就是不方便使用接触式供电甚至不能使用接触式供电。主流的无线能量传输按照距离可以分为两种:近场无线能量传输(电磁感应式、磁耦合谐振式),远场无线能量传输(微波、激光)电磁感应式效率高、功率大、距离最近(几厘米到几十厘米 效率大于90% 功率可达几十kW),磁耦合谐振式效率高、功率小、距离稍远(数米 效率麻省理工一米90% 两米40% 功率几百W)远场无线能量传输效率较低,体积较大,实现困难,国内研究较少从工程应用来看,超导的普及遥遥无期,无线能量传输的普及正在快速推进。
无线电能传输的研究开始向两个方向发展:近场,或者叫做非辐射域。一般认为小于一个波长的距离。远场,或者叫做辐射域。一般认为大于一个波长的距离。近场方面,无线电能传输的主要实现方式有:磁感应耦合,电容耦合,动磁耦合。远场方面,无线电能传输的主要实现方式有:微波,激光。下面就说一下比较代有表性的磁感应耦合和微波。磁感应耦合,又分为一般磁感应耦合和共振磁感应耦合。后者较之前者工作在一次侧和二次共同谐振频率上,由于耦合线圈具有很高的Q值,所以在谐振状态下可以实现高效率的感应耦合。此外,二者在工作频率和传输距离上也有一些区别。前者一般工作在Hz~MHz,适用于近距离传输;后者一般工作在MHz~GHz,适用于近距离和中距离传输。对于共振磁感应耦合,最著名的应该是MIT的研究者在2007年这篇paper里所述的工作,他们成功利用共振磁感应耦合的方式点亮了一个8倍于线圈半径的,2米之外的60W灯泡[3]。基于磁感应耦合的无线充电是目前研究最多,应用最广泛的方式,从我们生活中熟悉的电动牙刷,手机,到电动汽车,再到植入人体的医疗设备,无线充电以可以接受的的充电效率和其他众多优势(安全,多设备同时充电,酷炫等等)已经被应用到众多产品中。图3~5分别是磁感应耦合式无线充电实际应用。