特斯拉线圈|原理|制作教程
Time:2023-06-30 22:55:50
关于特斯拉线圈的问题，我们总结了以下几点，给你解答：
特斯拉线圈
【太平洋汽车网 技术频道】众所周知，修行尚浅的老僧无法“隔衣疗伤”，传授内力更是只能通过肌肤接触的方式传功。
与武侠世界中相似的是，现实生活中的接触式能量传输之效率同样远高于隔空传输，听到这就连水果铁粉都想把贵上天的Magsafe磁贴定义为百无一用的宗教圣器。
无线充电的探索1、起源
无线充电技术（Wireless Charging Technology）是一种电能隔空传输的技术，能量传输方式类似中国古典物理攻击中的“隔山打牛”。
将无线输电技术带到人间的先驱是塞尔维亚美籍物理学家尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）。
早在1891年，特斯拉发明了“特斯拉线圈”（Tesla Coil），能制造出特别炫目的人工闪电。从某种意义上说，他成了雷神索尔的现代化身。
1893年芝加哥世博会，也即是哥伦比亚世界博览会(The World's Columbian Exposition)之上，特斯拉在电力馆中展示了他的特斯拉线圈，以及无线传输电能的磷光照明灯。
1901年，特斯拉在纽约长岛建了一座57米高的沃登克里弗塔（Wardenclyffe Tower），用作无线电能传输实验。
很多人都玩过《红色警戒》，苏联阵营的高端防御塔叫“磁爆线圈”，别称就是“特斯拉线圈”，能用磁爆步兵增加威力的那款。游戏设定中的盟军光棱塔是爱因斯坦发明的，这在历史上纯粹算瞎扯；但磁爆线圈的确是特斯拉发明的，这位隔空输电技术鼻祖如假包换。
可见，不能无线充电的特斯拉电动汽车并非正品。（误）
1903年7月的数个夜晚，雷神索尔，哦不，鬼才特斯拉使用沃登克里弗塔制造几百英里半径范围的人造闪电，点亮了天空。
不过由于沃登克里弗塔的电能传输指向性很差，所以无法像《红警》当中那样直接指向敌军单位进行物理攻击，更别谈通过磁爆步兵进行威力加强了。
据称沃登克里弗塔能将人工闪电打到40公里外，有一次还将某座小镇的电网给劈废了……
往后的1968年，卫星太阳能电站（SatelliteSolar Power Station）之概念在美国提出，不过实现难度太大。
1996年，日本任天堂《宝可梦》主角比卡丘诞生，将电能隔空传输技术带到动漫行业。
2、四大实现方式
虽然无线充电看起来都一样，但主要分为4种实现方式，以下数据主要来自“电子发烧友网”的大神：
无线充电主要原理
中文名
电磁感应式
磁共振式
无线电波式
电容耦合式
英文名
Magnetic Induction
Resonance
Radio Reception
Capacitive Coupling
原理
电磁感应
收/发两端同频共振
电磁波转电流
偶极子感应输电
传输功率
W级
kW级
0.1W级
10W级
传输距离
mm-cm级
cm-km级
10m级
mm-cm级
工作频率
22kHz
13.56MHz
2.45GHz
560-700kHz
充电效率
80%
50%
38%
70-80%
优点
效率高
功率大距离远
距离长
发热少对准要求低
缺点
距离短对准要求高
效率低人体健康影响
功率小效率很低
距离短体积大功率小
厂商
TiPowermatSplashpower等
MITIntel富士通等
Powercast等
Murata等
电磁感应式的无线充电原理在高中课本讲过，就是初级线圈给次级线圈“布道”传功，现在我们用的最多的手机无线充电就是用的这个原理，电能传输效率比较高，但传输距离很近。
磁场共振式无线充电仪器会将收/发两套装置的频率调到一个固定频率上共振，进而彼此交换能量。
通过增加发射机和接收机的线圈尺寸与数量，充电功率与距离都可以不断增加。此前传输距离只有cm级，现在逐渐迈向km级，不过传输效率比较低。2007年麻省理工学院物理学教授 Marin Marin Soljacic做了一个2m距离的无线输能试验，结果效率只有40%。
无线电波式最好理解，就是wifi的意思。小米雷军之前就在微博放炮说要量产化隔空充电装置，不过大家听听就算了……这种无线充电方式的距离很长，但能量转换效率很低，而且还得让发射器有主动定位功能（相控阵雷达了解一下），你猜成本能降下来吗？
耦合的英文是Coupling，换个流行的脑残简写就是CP……
电容耦合就是让初级和次级电路中的电容进行无线关联，利用磁场感应让电能在不同结点之间传输，优势是发热量很小，而且对准要求比较低，非强迫症用户绝对会点赞。
3、无线充电的硬件配置
无线充电设备的结构并不复杂，恰好太平洋汽车网的隔壁就是太平洋电脑网，我们兄弟部门有一组无线充电器的图片可以直观给到大家了解。
平时手机用的无线充电器/无线充电宝基本都是这种结构，属于电能的发射端，下图是主控芯片，这里提到的Qi标准会在后文再次提起。
下图是初级线圈，发射电能信号用的，绕组尺寸很小，标称的无线输出功率只有5W，用来看高清视频的话可能充电速度低于放电速度……
接下来就是无线充电宝的四颗18650电芯（直流电），去掉电芯就是更纯粹的充电板（交流电变直流电），价格便宜些。
无线充电设备的结构简化理解，就是下面的课本配图，电能经由发射电路到达接收电路。
目前无线充电产业链已经被智能手机逐渐培养起来了，因此汽车的无线充电不再是海市蜃楼而已，不是伪需求，未来依然有机会。
4、无线充电的效率
无线充电的效率被有线充电吊打是正常操作，毕竟前者涉及的元器件更多，可以损耗能量的地方更多：
a、结构耗能：通过发射与接收两组元器件。
b、芯片耗能：发射端和接收端的芯片。
c、线圈耗能：发射与接收线圈本身有内阻，大功率输电时发热明显。
d、传输损失：隔空传输，跑掉的散兵游勇太多。
e、设计损失：比如发射端开始了，接收端还没开始，能量就跑了。
目前，理论上最高的无线充电传输效率在80%左右，实际上根本达不到。
无线充电的实用化场景1、电动牙刷
如今电动牙刷应该是性价比最高的无线充电设备了，100-200元就可以买到个主流品牌的入门款。
因为要做到全身防水，经常拆装机身的话比较容易破坏防水结构，所以多数电动牙刷都做成了无线充电的样式。电池一般是17500或者18650之类的，直径太大的话不好握，直径太小的话又要经常充电。
因为牙刷的使用频率是一天两次，中间隔着十几个小时，无论你是睡前刷完牙放到底座上充电，还是起床后刷完牙放到底座上充电，都能保证基本充满，孱弱的充电效率根本不是问题。
2、智能手机
智能手机的无线充电功能被消费者逼着做出来的。进入智能手机时代之后，巨大的手机屏幕与运算效率惊人的芯片，让现在手机的耗电量远远高于九宫格板砖，结果锂离子电池跟不上了……
因为苹果的不可换电设计开了一个坏头，一天一充，甚至一天两充，是目前智能手机用户的常态。为了提升充电功率缩短充电时间，我就比较喜欢用电脑的65W Type-C充电器给智能手机充电……
无线充电装置目前已经变得非常便宜，二三线副牌随便几十块就能买到一个。此前只有7-10W，目前量产化、实用化的无线充电功率已经到达20W左右了。
3、苹果MagSafe磁性充电
解决了无线充电时不能玩手机的问题。对了，为什么要花这329多块呢？（这还没算149元的20W充电头）况且还得端着这么大个圆盘，直接用祖传五福一安也差不了太多……
实际充电功率只有10-15W左右，跟三年前买的废旧小米充电宝差不多。如果使用第三方保护壳会影响充电功率，又回到五福一安的石器时代。
以后iPhone是不是要取消充电插口了……（又能赚到一大笔独家外设费用）
4、笔记本
2017年7月，戴尔发布了Latitude 7285无线充电笔记本，无线充电方式为WiTricity提供的磁共振式，技术源头是麻省理工学院（MIT），最高充电功率可以去到30W。
这家位于马萨诸塞州的WiTricity公司同时研发着汽车无线充电技术，是AirFuel联盟的成员。
5、配合L4级别自动泊车的汽车无线充电
终于回到汽车动力电池的无线充电这个主要话题上面来。
由于动力电池的容量实在太大了，无线充电设备的传输功率实在太低，这是一对天生的矛盾，因此是无线充电行业的终极话题。
相比当前有线方案，无线充电本身的优势并不明显，除非配合自动泊车技术，还得是L4级别的才行。之前Marvel X吹过要做自动泊车+无线充电的方案，结果牛吹出去了过了三年还没实现。
L4自动驾驶技术的优势在于人可以到车外，让车子自己去找车位和无线充电板，这样子可以节省驾驶者的时间，相当于古时候长途骑马之后，把马放到草地上吃草补充续航。
另一种方案则是在固定路线预埋无线充电板，对商用车辆进行无线充电，这样子可以提升资源利用效率，才有可能在商业上得到良性循环。问题是，既然是固定线路，直接用有线不更便宜更快速吗？又是脱裤子XX。
无线充电的行业标准在3C电子领域，无线充电标准一共有4个巨头，最出名的是无线充电联盟WPC推出的Qi标准（刚刚那个无线充电宝为例）；此外Alliance for Wireless Power（A4WP）与Power Matters Alliance（PMA）在2017年合并为一家无线充电行业联盟（AirFuel Alliance），翻译跟前者基本一致；最后一家就是什么外设钱都想自己赚的苹果。
在新能源汽车领域，目前无线充电标准比较繁杂，我们举两大巨头的例子：一个是美国汽车工程师学会SAE发布的TIR J2954，据称能量传输效率最高可达85%（目前技术条件下是空中楼阁），设有四个功率级别，分别是3.7kW (WPT1)、7.7kW (WPT2)、11kW (WPT3)、22kW (WPT4)。目前正在玩的是WPT1和WPT2。
另一个是中国电力科学研究院（CEPRI），中国汽车技术与研究中心（CATARC）、中国电力企业联合会（CEC）与前文提到的WiTricity公司合作之成果，中国国标GB/T 38775《电动汽车无线充电系统》。
国标的前4种功率跟SAE标准是一致的，后面还有WPT5-7，其中WPT7的充电功率大于66kW，对于有线充电而言都算得上快充。
车企的无线充电研发计划回应“手机无线充电如此普及，为什么汽车无线充电无法实现？”这个灵魂拷问时，我们就可以用一句神回复——抛开剂量谈毒性都是耍流氓。
新能源汽车的电池容量太高了，成为了这项技术量产之路上的最大难题。
1、沃尔沃
早在2013年，沃尔沃就对外公布了一下无线充电技术，但这个项目并未持续下去。
一方面是因为无线充电太慢，动力电池容量太大，他们的测试车是一台电动版的沃尔沃C30；另一方面则是沃尔沃的电动汽车项目太缓慢了，他们当时的注意力在Drive-E模块化动力总成之上。
2、丰田
2014年轮到丰田发力无线充电技术，他们还针对性地优化了自动驾驶技术，让两种鸡肋的玩意合体变成可用的。
3、Evatran & 特斯拉
2016年，一家叫Evatran的公司专门给特斯拉Model S设计了一款无线充电系统，卖当时的2500美元，也就是1.6万人民币左右。
据称最大充电功率可以达到7.2kW，问题是他们并未详细介绍如何改装特斯拉车载充电机来接受能量。
目前Evatran官方上对他们产品的描述依然有点虚……
4、梅赛德斯-奔驰
2016年，戴姆勒集团就曾透露要在当时的梅赛德斯-奔驰S550e plug-in hybrid插电式混合动力版（W222）上面配备一套无线充电系统。（问题来了：无线充电版本的S级是否还叫“plug-in”呢？）
当时笔者写的新闻是这样的：如无插队的黑马，奔驰S级将成为全球首个可选装无线充电系统的车系。
结果到现在来看，S级都换W223世代了，还没有插队的黑马出现……
戴姆勒集团当时准备在S级的底盘下安装一组大大的次级线圈，接收埋藏于地底下的初级线圈中的能量，据称能量转化率超过90%。
于此同时，奔驰S550e plug-in hybrid的电池组容量将增加55%至13.5kWh，以获得更长的纯电续航里程。
奔驰正准备列装的无线充电技术，使用了SAE TIR J2954无线功率传输标准，至于奔驰将采用哪种充电功率的版本，至今仍未见分晓……
5、日产
日产2017年对外公布了一项无线充电技术，跟WiTricity一起玩的。本来计划用在第二代；聆风（Leaf）之上，不过最终没玩成。
6、奥迪
D5世代（第四代）的奥迪A8e-tron，在2017年就展示了无线充电技术，不过这款无线充电技术在今年还没真正量产化。
奥迪称之为AWC (Audiwireless charging)，第一代系统的充电功率只有3.6kW（也就是现在家用挂壁桩的一半），还没量产的第二代已经能做到11kW，据称电能传输效率高达效率是90%，当前
先来看一下Audi A8 L e-tron无线充电的炫酷宣传视频，这是奥迪第一款无线充电车，无线充电的功率为3.6KW， 当然前提是车辆充电机与无线充电装置得靠得足够近，这就要求充电装置主动抬升到指定位置了。
7、宝马
宝马此前在2018款530e插混车型上展示了自家的BMWWireless Charging 无线充电技术，而宝马与奔驰在技术上是有通用性的，因为此前这两家巨头合资（众筹）开展了无线充电相关的技术研发工作。（嘿，每次都没奥迪份儿）
SAE的TIR J2954标准倾向于给插混车供电，因为功率实在太低了，满足不了纯电动车的大胃口。
这台搭载无线重点技术的530e只有9.4kWh的动力电池，有线充电时长3.0小时，3.2kW下的无线充电时长3.5小时，也算是很争气。
8、保时捷
保时捷2018年发布的Mission ECross Turismo概念车上就有无线充电技术的相关描述，不过在量产车Taycan之上并未得到呈现。
功率参数？只有中央扶手箱里头的手机无线充电设备功率公布了……
9、其他
除了上面8家主要车企，还有刚刚我们提到的荣威，以及只放了风声的现代企业。
除了汽车厂商，还有相当一部分供应商也在研发车用无线充电装置，比如高通、中兴、西门子等等。华为和小米？我猜他们要进军汽车领域的话，没点革命性的技术可玩不成。
接种了解一下案例和质疑
1、特斯拉蛇形充电枪
这是我们见过最诡异的充电枪了，像一条蛇，上下扭动，自动找到充电口插进去……
何止是猥琐，简直是猥琐！
这种方式如果能实现量产的话，其实也就没无线充电什么事了。
2、充电高速公路
动态无线充电（Dynamic Wireless Charging）是一种更高阶的无线充电方式，比“对准要求”特别高的静态无线充电方式要难很多。
简单解释就是，路面下方铺设有非常多的初次线圈，车子一路跑一路充，不断对接下一个线圈。
鉴于汽车移动速度这么快，估计充电效率会低到可怕，白白向空中发射这么多电能。
3、小米隔空充电
小米不久前发布了隔空充电技术，用144个天线构成的相位控制阵列（相控阵雷达），将电能通过毫米波发射给手机充电。
考虑到功率只有5W，能量传输效率这么低，而且还会被障碍物遮挡，再大功率的隔空充电则会对人体产生伤害，因此笔者并不看好这项技术。
4、无线有线一起充会炸吗？
那个……
实际上系统会自动找最高充电功率的那个用着，也就是使用有线充电，无线屏蔽工作。
5、无线充电伤电池吗？
电池主要怕几样东西，我们一个个数：
a、怕热：如果散热不佳，的确会有锂枝晶生长加速、电池短路自燃的风险。
b、怕冷：充电不会使电池变冷，这条过。
c、怕穿刺：说好了无线，没穿刺，这条过。
d、怕振动：说好了无线，没振动，这条过。
e、怕挤压：说好了无线，没挤压，这条过。
f、怕快充：目前无线充电功率不佳，没过分担心了，这条过。
g、拍改装：你有能力改无线充电设备？有的话可以直接去特斯拉投简历。
h、拍过充过放：随放随充，功率还小，反而没那么容易过充过放，锂枝晶生成/电池容量损失的可能性降低。
6、辐射对人体有害吗？
国标GB/38775对无线充电的电磁场强度进行了规范，确保对人体没有伤害，前提是消费者必须买到符合国标的认证产品。
P.S.
职业曝露：个人因从事固定或指定的职业活动而受到的所有电磁场曝露。在接受适当的指示和培训的条件下，工作者已知且自愿经历电磁场的影响。
公众曝露：公众受到的所有电磁场曝露，不包括职业曝露和医疗曝露。一般情况下，公众是在不知情的状况下曝露于电磁场。
7、发射装置会漏电吗?
国标进行了保护区域的划定，此外还对充电板的强度进行了规范，免得一些低质量充电板被车轮碾压多几次就损坏漏电，毕竟无线充电设备发射端最高的输出电压可以达到1500V AC这么可怕。
充电板（发射装置）的安装方式分为两种，地埋式抗损能力强一些，下方的地上安装方式就得更多地考虑机械结构的稳固程度了。
总结1、无线充电的优势
a、不用抬那根死重的充电线缆，机械损耗也少了（无机械连接）。
b、充电场景更灵活，配合自动泊车技术使用更佳。
c、更少过充过放的可能性，提升电池循环寿命。
2、无线充电的劣势
a、能量损耗，造成浪费。
b、充电速度慢。
c、成本太高，车载充电机、自动驾驶技术、充电地坑、无线充电板（还得可升降）四者叠加得是多可怕的成本。
d、配备无线充电配套设施之后，车重增加，续航降低。
e、对准要求高
（图/文/摄：太平洋汽车网 黄恒乐）
特斯拉线圈制作教程
可以放出大约6CM电弧!
用80MM的PVC管截大约20CM长
在上面用1MM以下的QZ漆包线密绕两端用胶带固定(3-4小时完成)
用铺墙里的电线弯成6圈做为供能线圈
再把瓶盖两端插入两枚钉子,钉头的距离为1MM左右(作为打火器
最后把电蚊拍中那块电路板拆下来把板子的高压输出端与打火器初级线圈串联起来接上两节5号电池就可以工作了!
注:因为升压板功率太小了其中的倍压电路向板子上的储能电容供电到可以激穿打火器间隙需要一小段时间所以刚打开工作时要等一会儿
特斯拉线圈原理
特斯拉线圈,它是由一个感应圈、变压器、打火器、两个大电容器和一个初级线圈仅几圈的互感器组成。原理是使用变压器使普通电压升压，然后经由两极线圈,从放电终端放电的设备。通俗一点说,它是一个人工闪电制造器。
放电时，未打火时能量由变压器传递到电容阵,当电容阵充电完毕时两极电压达到击穿打边王速茶会前含太车灯果火器中的缝隙的电压时,打火器打火,此时电容阵与主线圈形成回路,完成L把/C振荡进而将能量传递到次级线圈。这种装置可以产生频率很高的高压电流，有极高危险。
特斯拉线圈的线等提混通春钱路和原理都非常简单，但要将它调整到与环境完美的共振很不容易原理为把一个线圈连接在电源上气传输能量作为发射器,另一个线圈连着灯泡,作为能量接收器。通电后,发射器能够以10兆赫兹的频率振动,但它并不向外发射电磁波。
后来，特斯拉试图利用地球本身和大气电离层为导体来实现无线输电，为此在纽约长岛建造了一个29米高的发射贵陈塔（沃登克里弗塔）,但由于资金耗尽，实验工地的设备被法院没收充当抵押，沃登克里弗塔也被拆除。
岁什曾扩展资料：
特斯拉线圈是一种激活红石信号后能够使用电力持续对附近4格，造成持续伤害的防御性武器。当内部储存电量达5000EU时才会正常工作。
最大输入电压为128EU/t，超过松表才会爆炸。伤害与输入电量成甚训则五正比（未穿装备秒杀），只能穿着全套防化服可避免弦翻义村无建者措条历实触电。警告：量子套装乡除与纳米套装不能抵挡，无视装备防护，直接造成伤害（除防化服）
特斯拉线圈的目的就是产生一个高育垂磁却按粒思著频高压振荡电磁波。上图是其原五孙晶理图，看到原理图中的变压器就能交想怎客章宜海恍然大悟为啥IC矿基界热整极自2里用合成特斯拉线圈时到族紧缩衣需要变压器。
“特斯拉线圈”的基本流程是：首先为主电容C1充电，当电压元理开达到一定峰值时，会击穿打火器。这样电容C1便与电感L1构成回路，并产生LC振荡（需要微积分基础知识）。振荡产生的高频电磁波，会在L2电感中产生感应电动势。
而其顶端的电容C2与大地构成一等效电容，并产生放电现象。
参考资料来源：百度百科——特斯拉线圈