激发空地电场开放式传输电能的原理与实践探索

Human activity is becoming more and more inseparable from electricity and desiring not using or using less wires to transmit electric power，in order to overcome the drawbacks caused by the large number of wires. According to the current basic theory and actual demand, to obtain such aim, in this project, the physical principles of opening power transmission in a limited area will be explored, and specific practices will be carried out. For the physical principles, the concepts of electromagnetic longitudinal wave, electric-field gravitational wave and electromagnetic surface wave along with their theoretical support for opening power transmission are innovatively studied. For the specific practices, this project will focus on the power supply requirements of portable devices, mobile working devices and covered electric devices; Explore feasible solutions for conveniently providing power for remote areas and reservation areas; And explore new ways for connecting renewable power generation to the grid. The key issues to be solved in this project include: electromagnetic wave laws and energy properties of the electromagnetic longitudinal waves, the electric-field gravitational waves, the electromagnetic surface waves, as well as their exist conditions and relationships; Electrical models of the architecture, earth, ocean, hillock and other mediums. The main features of this project lie in that taking the near-field electromagnetic wave theory as the basis, the electric-field of the space and the earth is excited and the electric power can be transferred in the opening area. It has definite theoretical significance and application prospect in expanding the range of applications of Maxwell's electromagnetic theory and meeting the flexible and multi-ways power supply requirements of stationary or mobile devices in various spatial positions.

人类活动越来越离不开电力，并渴望不使用或少使用导线来传输电能，以克服由于导线的大量存在而产生的种种弊端。根据当前基础理论和实际需求，本申请将探索在局部空间范围内，开放灵活传输电能的物理原理，并开展具体实践。在原理方面，创新性地研究电磁纵波、电场引力波、电磁表面波等概念，对空间开放式电能传输的理论支撑作用。在实践方面，着眼于便携设备、移动工作设备、隐蔽设备的供电需求；探索为偏远地区、保护区便捷地提供电力的可行方案；探索新能源发电并网新途径。关键基础性问题包括：电磁纵波、电场引力波、电磁表面波的波动规律及能量属性，以及它们存在的条件和相互关系；建筑、大地、海洋、山岗等自然介质的电气模型。本申请特色在于：以近场电磁波动理论为基础，激发空地电场，在开放空间内传输电能。在扩展麦克斯韦电磁理论应用范围，满足不同空间位置上的静止或移动设备的多样化灵活供电需求中，具有明确的理论意义和应用前景。

自从人类进入电气时代，电力传输一直以工频交流为主，且至少使用两根导线。频率与升降压技术一直是影响电力传输的关键因素。信息技术在不断向高频化方向发展，电力技术也不应例外。另一方面，可移动电子设备日益普及，但它们的供电问题一直影响着它们的连续工作效果。据此，本课题基于开放电场，另辟蹊径开展研究，取得如下三个方面成果。.（1）单导线高频谐振电能传输技术.制作了两种类型各具特色的特斯拉线圈作为研究的硬件基础：单层可分离式及多层集成式，数量各两对。建立了它们的电路模型并加以化简。基于特斯拉线圈和频率变换器，着重研究了高频耦合谐振单导线电能传输规律。分上单导线和下单导线两种电能传输方式。分别在实验室、校园内、闲置厂房内开展实验研究。在上单导线方式中，实现了半波长电力传输，用传输线理论揭示了传输原理。传输距离5km、功率5kW、效率85%，传输水平达到新高度。在下单线方式中，实现了传输距离200m，且有建筑物遮挡情况的有效电力传输。论证了下单导线电力传输中，电磁表面波的存在性。.（2）桌面开放电场无线供电技术研究.研究了两种结构的桌面开放电场无线供电技术：边框式和薄板式，开展了单负载与多负载供电实验，建立了系统电路模型与电磁场模型。此研究为普通桌面可移动设备提供了电场式动态供电技术，并可进一步应用于更大的平面区域。.（3）准谐振腔三维空间动态供电技术.研究了基于电磁谐振腔的三维动态供电技术。构造了立方形腔体，可以为手持的手机充电、驱动风扇和照明光源。根据电磁学原理分析，腔体内起传输电能作用的是磁场，与电场构成对偶。此研究为任意摆放或三维运动的电子设备提供了高自由度动态无线供电技术。.本项目的完成，有效探索了电力传输的高频化和轻型化；为沿平面或立体摆放或运动的电子设备，分别提供了电场式和磁场式动态无线供电技术。