日益嚴峻的大氣污染形勢，讓更多人關(guān)注無排放的綠色電動小汽車。北京市的新能源電動汽車已進行了兩輪的搖號，不過大部分期待擁有私家車的市民對電動車仍存有顧慮：行駛不到300公里就得充電一次電至少得6個小時，小區(qū)還需安裝專門的固定充電樁……這些限制因素都讓市民對電動車難以動心。

如果在不久的將來，當您駕駛著電動汽車在公路上飛馳，無論是直道還是彎道，無論是隧道還是橋梁，電動車一邊行駛就能一邊快速給電池補充電能。之前的顧慮還會存在嗎？這不是天方夜譚，來自清華大學汽車工程系的本科生戴亞奇和同學們研發(fā)出的“自由”技術(shù)就能實現(xiàn)上述情景。這項技術(shù)獲得了清華大學第32屆“挑戰(zhàn)杯”科技競賽特等獎。

發(fā)明緣起：研究未來汽車發(fā)現(xiàn)瓶頸

2011年，戴亞奇進入清華大學汽車工程系就讀。從小就對汽車有極大興趣的他在學校的課堂里如饑似渴地學習，很快就覺得“吃不飽”了，“我想按自己的興趣再深入一些研究汽車?！彼f。2013年10月，他找到了一群志同道合的人，加入了“未來汽車”興趣團隊。

這是一個神奇的團隊，團隊里的成員來自清華各院系。他們大膽想象，對汽車的各個相關(guān)領(lǐng)域進行深入探究。有人在研究可以轉(zhuǎn)動的汽車底盤，有人在鉆研更具流線型的車身外觀，戴亞奇則找到了自己的興趣所在——無線充電技術(shù)。

他告訴記者，無線充電源于無線電力傳輸技術(shù)，最基礎(chǔ)的原理就是19世紀被發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)定律，即閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感應(yīng)線運動，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生電流，“也就是說電磁場其實可以傳遞電量?！?006年，美國麻省理工學院的學生發(fā)明了磁諧振式遠距無線充電。目前，諾基亞、三星、英特爾等知名企業(yè)已經(jīng)紛紛推出了自己的無線充電產(chǎn)品及研發(fā)計劃。

在研究中戴亞奇發(fā)現(xiàn)，由于磁場方向難以確定，目前無線充電技術(shù)的應(yīng)用都有一個通病，就是充電線圈在接收能量時必須始終放在發(fā)射線圈正上方并固定角度使二者相對。一旦線圈位置或角度偏離，則充電的效率和功率都急劇下降。這個被動接受能量的“瓶頸”使得無線充電在未來的發(fā)展與應(yīng)用都將遭到很大的影響，“我找遍了專利、學術(shù)資料，都沒有發(fā)現(xiàn)可以攻克這一難題的技術(shù)?！?

戴亞奇決心攻克這一難題。

設(shè)計過程：發(fā)現(xiàn)“三線圈垂直測量接收法”

當年年底，他和其他幾名同學開始了“自由角度無線充電”的技術(shù)研究。他們首先想到的辦法是找到能夠測交流電磁場方向的裝置，找出其中的參數(shù)，再找到破解之法。結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)，根本就找不到這樣的裝置。研究一度陷入困境。

“后來我們決定干脆自己動手‘白手起家’，設(shè)計一個能對準磁場方向并接收能量的裝置。”戴亞奇說。于是整個四人團隊開始進入攻堅階段。只要沒有課，他們就泡在綜合服務(wù)樓內(nèi)的一間約10平方米的實驗室里，“有時做實驗晚了，就在那里過夜?！碑斈旰?，團隊成員“晚走早回”，只休息了半個月。

在一次集體頭腦風暴中，戴亞奇靈感迸發(fā)，他想到了能否利用三個電磁線圈相互垂直進行測量和接收的辦法。和同學進行交流后，他們很快在實驗室搭起了臺架，進行測試。結(jié)果真的成功了。 “當時的那種興奮絕對要超過考試拿100分?！贝鱽喥嬲f，為了保護辛苦得來的科研成果，他們立即著手為這一磁場方向測量方法和裝置申請了發(fā)明專利。

效果展示：半米距離“點亮”二極管

不久前，記者在清華大學見到這個“自由角度無線充電”的裝置。裝置的核心部件如同兩個圓環(huán)垂直交叉的陀螺儀，大小如同成年人的手掌。這兩個圓環(huán)又同時和一個方形框架垂直，“兩個圓環(huán)三個電磁線圈，這就是三線圈垂直測量接收裝置。”介紹，9米的傳輸距離，意味著能覆蓋18米寬的路面。沿著公路建起無線充電系統(tǒng)，道，這三個線圈中兩個用于測量電磁場，一個用于接收電磁場傳遞的能量。