（文/周盛明 編輯/高莘）

早在200多年前的18世紀(jì)中葉，美國(guó)著名的政治家、外交家、科學(xué)家、發(fā)明家本杰明·富蘭克林（Benjamin Franklin）基于靜電現(xiàn)象中正負(fù)電荷之間的作用力提出了“靜電電機(jī)”的假設(shè)。

本杰明·富蘭克林設(shè)計(jì)的靜電電機(jī)復(fù)制品 美國(guó)國(guó)家歷史博物館

1749年，富蘭克林首次向公眾展示了靜電電機(jī)的原型。受到材料科學(xué)和相關(guān)技術(shù)的限制，靜電電機(jī)一直停留在實(shí)驗(yàn)室中。但隨著科技的進(jìn)步，這項(xiàng)200多年前的技術(shù)構(gòu)想，正在帶來(lái)顛覆能源效率的可能性。

無(wú)需稀土，效率較電磁電機(jī)提升80%

從風(fēng)扇、空調(diào)到新能源汽車，甚至是一塊小小的石英表，電機(jī)在我們的生活中無(wú)處不在。目前幾乎所有的電器中使用的都是電磁電機(jī)：依靠電流在銅線圈中流動(dòng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，通過(guò)電磁作用驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。

作為對(duì)比，靜電電機(jī)則通過(guò)正負(fù)電荷的吸引和由此產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)，不需要電流的流動(dòng)，它依賴于靜電場(chǎng)的變化來(lái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。

由于靜電電動(dòng)機(jī)不需要使用磁性材料，所以不需要傳統(tǒng)電磁電機(jī)中的稀土元素。此外，靜電電機(jī)所需銅量約為傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的5%。

此外，由于靜電電機(jī)避免了電流因?yàn)閷?dǎo)線內(nèi)阻帶來(lái)的損耗，所以效率較電磁電機(jī)提升80%以上。

《華爾街日?qǐng)?bào)》近日刊文稱，靜電電機(jī)不僅可以在機(jī)器人領(lǐng)域提升其控制精度，它們還可以提高空調(diào)系統(tǒng)、工廠、物流中心和數(shù)據(jù)中心的效率。此外，靜電電機(jī)還可以作為發(fā)電機(jī)使用，提升可再生能源的獲得效率。文章中還指出，該技術(shù)甚至可以作為微型無(wú)人機(jī)的動(dòng)力來(lái)源。

從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)運(yùn)用

由于靜音電機(jī)在一些指標(biāo)上具有優(yōu)勢(shì)，這項(xiàng)技術(shù)正逐漸從實(shí)驗(yàn)室中走向工業(yè)領(lǐng)域。

位于美國(guó)威斯康星州的科技公司C-Motive Technologies正在致力于復(fù)興富蘭克林提出的構(gòu)想，開(kāi)發(fā)可用于工業(yè)界的大型靜電電機(jī)。

相關(guān)資料顯示，C-Motive Technologies目前制造的原型機(jī)器能夠提供高達(dá)18N·m的扭矩和360W的功率，他們聲稱這些指標(biāo)是同類產(chǎn)品中的最高水平。

C-Motive的靜電電機(jī)外觀 C-Motive Technologies

C-Motive Technologies正在與一些公司合作，將該靜電電機(jī)推向?qū)嶋H運(yùn)用。據(jù)悉，聯(lián)邦快遞（FedEx）和羅克韋爾自動(dòng)化（Rockwell Automation）正在測(cè)試它們的產(chǎn)品。

《華爾街日?qǐng)?bào)》援引羅克韋爾自動(dòng)化高級(jí)技術(shù)總監(jiān)凱爾·克魯姆（Kyle Crum）的話表示：“相比較于靜電電機(jī)，電磁電機(jī)相關(guān)技術(shù)都是在相同的物理原理上發(fā)生變化，而靜電電機(jī)是徹底的變革。我很少輕易使用‘變革性技術(shù)’這個(gè)詞，但這次可能是真的，它可能會(huì)改變游戲規(guī)則?！?

C-Motive的靜電電機(jī)及其內(nèi)部轉(zhuǎn)子/定子板的放大圖 C-Motive Technologies

聯(lián)邦快遞的技術(shù)人員馬克·克勞利（Mark Crowley）則表示，他們正在德克薩斯州沃斯堡附近的一個(gè)中心測(cè)試這些靜電電機(jī)。

中國(guó)也在該領(lǐng)域取得了矚目的成果。據(jù)悉，北京航空航天大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)利用自主開(kāi)發(fā)的新型靜電電機(jī)，成功研制出僅重4.21克的太陽(yáng)能動(dòng)力微型無(wú)人機(jī)，實(shí)現(xiàn)純自然光供能下的持續(xù)飛行。相關(guān)成果7月18日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Nature》發(fā)表，這也是國(guó)內(nèi)首個(gè)在《Nature》上發(fā)表的飛行器成果。

北航科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)的太陽(yáng)能動(dòng)力靜電電機(jī)微型無(wú)人機(jī) 網(wǎng)絡(luò)圖片

北航能源與動(dòng)力工程學(xué)院教授漆明凈表示，對(duì)于微型無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，首要考慮讓動(dòng)力系統(tǒng)減少熱量損耗，使太陽(yáng)能電池片產(chǎn)生的電能高效轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。在這種情況下，靜電驅(qū)動(dòng)方案轉(zhuǎn)速低、發(fā)熱少、效率高。

挑戰(zhàn)和機(jī)遇并存

值得注意的是，靜電電機(jī)雖然理論上可以實(shí)現(xiàn)更高的效率和更低的材料成本，但在實(shí)際應(yīng)用中，維持強(qiáng)大靜電場(chǎng)需要很高的電壓。這增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，同時(shí)高電壓也對(duì)電機(jī)的絕緣材料提出了更高的要求。

此外，靜電電動(dòng)機(jī)沒(méi)有廣泛的基礎(chǔ)設(shè)施支持，現(xiàn)有的工業(yè)體系以電磁電動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)向靜電電動(dòng)機(jī)需要較大的技術(shù)調(diào)整和成本投入。

雖然現(xiàn)在討論靜電電機(jī)的大規(guī)模普及為時(shí)尚早，但就像鋰離子電池從實(shí)驗(yàn)室走向千家萬(wàn)戶那樣，隨著研究的推進(jìn)和商業(yè)化的嘗試，靜電電機(jī)同樣存在著巨大潛力。

C-Motive Technologies的Maroon表示，靜電技術(shù)目前并不適合于電動(dòng)汽車或傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)中的高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)。但如果其證明其吸引力，那么目前一些為傳統(tǒng)電機(jī)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，如空調(diào)，可能會(huì)重新設(shè)計(jì)為使用靜電電機(jī)。

羅克韋爾自動(dòng)化的Crum表示：“任何初創(chuàng)公司和新技術(shù)都會(huì)有許多的不確定性。但是對(duì)于電機(jī)來(lái)說(shuō)，包括風(fēng)扇、泵、機(jī)器人在內(nèi)的幾乎每一個(gè)工業(yè)設(shè)施都在使用他們。如果靜電電機(jī)被廣泛采用，單是效率的提升就能帶來(lái)千兆瓦級(jí)的電力能源節(jié)省。”

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