一百年前奧地利和美國(guó)物理學(xué)家尼古拉·特斯拉提出無線電力傳輸?shù)南敕ㄒ詠恚瑹o線充電技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但在應(yīng)用方面進(jìn)展緩慢。直到近年來手機(jī)無線充電流行起來，無線充電才為公眾所熟知。電動(dòng)汽車的流行也引起了人們的好奇:無線充電可以應(yīng)用于電動(dòng)汽車嗎？

特斯拉線圈及其無線充電系統(tǒng)的構(gòu)思

尼古拉·特斯拉于1891年4月25日獲得特斯拉線圈電路專利，一個(gè)月后在紐約哥倫比亞大學(xué)美國(guó)電氣工程師協(xié)會(huì)的演講中首次公開展示。雖然特斯拉之前獲得了很多類似電路的專利，但這是第一個(gè)包含特斯拉線圈所有部件的電路:高壓初級(jí)變壓器、電容器、火花隙和空心振蕩變壓器。

1891年至1893年期間，特斯拉開始到處演講和展示特斯拉線圈，展示其在高壓和高頻電力傳輸方面的新科學(xué)發(fā)現(xiàn)。與當(dāng)時(shí)科學(xué)家熟悉的DC或低頻交流電不同，特斯拉線圈產(chǎn)生的射頻交流電。他用壯觀的電刷放電和流光，通過感應(yīng)加熱鐵，表明射頻電流可以通過絕緣體和沒有返回路徑的單線傳輸，不需要電線為燈泡和電機(jī)供電，給觀眾留下了深刻的印象。他還向身體施加了數(shù)十萬伏電壓，使身體在黑暗的房間里被發(fā)光的電暈放電照亮，證明高頻電流不會(huì)引起電擊。這些演講和表演讓當(dāng)時(shí)的科學(xué)界認(rèn)識(shí)了特斯拉振蕩器，他的聲譽(yù)在世界上享有盛譽(yù)。

特斯拉一生的夢(mèng)想是利用特斯拉線圈實(shí)現(xiàn)無線電力傳輸。從1891年到1900年，他試圖進(jìn)行一些無線充電試驗(yàn)，通過線圈之間的感應(yīng)耦合在短距離內(nèi)傳輸射頻功率。1893年，在芝加哥倫比亞博覽會(huì)上，他從另一個(gè)房間點(diǎn)亮了燈泡。通過調(diào)諧到與特斯拉線圈LC電路諧振，他發(fā)現(xiàn)接收LC電路可以增加傳輸距離，并通過諧振電感耦合傳輸能量。從1899年到1900年，在他的科羅拉多斯普林斯實(shí)驗(yàn)室，他用一個(gè)巨大的發(fā)射線圈產(chǎn)生了1000萬伏特級(jí)的高壓，在100英尺(30米)左右的距離外點(diǎn)亮了三盞白熾燈。今天，特斯拉發(fā)現(xiàn)的諧振電感耦合已經(jīng)成為電子學(xué)中非常常見的概念，廣泛應(yīng)用于中頻變壓器和短距離無線電力傳輸系統(tǒng)，如手機(jī)充電板。

我們知道電感和電容耦合是近場(chǎng)效應(yīng)，所以不能用于遠(yuǎn)程傳輸。但而，特斯拉確信他可以開發(fā)一種遠(yuǎn)程無線電力傳輸系統(tǒng)，將電力直接從電廠傳輸?shù)郊彝ズ凸S，而不需要電線。他聲稱能夠在全球范圍內(nèi)傳輸電力，包括通過地球和大氣傳輸。特斯拉認(rèn)為，整個(gè)地球可以作為電諧振器。通過將電流脈沖從接地的特斯拉線圈驅(qū)動(dòng)到地球的諧振頻率，可以振蕩地球的電位，從而創(chuàng)造全球地位波，通過電容天線接收交流電，可以與地球上的任何一點(diǎn)產(chǎn)生共振。另外一個(gè)想法是，發(fā)射和接收終端可以通過氣球懸掛在30,000英尺(9,100米)的高度，那里的氣壓很低。他認(rèn)為，這種高層導(dǎo)電的稀薄空氣可以使電力遠(yuǎn)距離傳輸?shù)礁唠妷?數(shù)億伏)。

特斯拉想建立一個(gè)全球無線電力網(wǎng)絡(luò)，它被稱為世界無線系統(tǒng)，可以向地球上的每個(gè)人傳遞信息和電力。100年后，雖然他的夢(mèng)想沒有實(shí)現(xiàn)，但手機(jī)甚至電動(dòng)汽車的無線充電已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。他的遠(yuǎn)大夢(mèng)想、大膽設(shè)想和冒險(xiǎn)精神為現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。