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（文/周盛明 編輯/高莘）

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

本杰明·富蘭克林設(shè)計的靜電電機復制品 美國國家歷史博物館

1749年，富蘭克林首次向公眾展示了靜電電機的原型。受到材料科學和相關(guān)技術(shù)的限制，靜電電機一直停留在實驗室中。但隨著科技的進步，這項200多年前的技術(shù)構(gòu)想，正在帶來顛覆能源效率的可能性。

無需稀土，效率較電磁電機提升80%

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

作為對比，靜電電機則通過正負電荷的吸引和由此產(chǎn)生的運動，不需要電流的流動，它依賴于靜電場的變化來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。

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

此外，由于靜電電機避免了電流因為導線內(nèi)阻帶來的損耗，所以效率較電磁電機提升80%以上。

《華爾街日報》近日刊文稱，靜電電機不僅可以在機器人領(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，靜電電機還可以作為發(fā)電機使用，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人機的動力來源。

從實驗室走向工業(yè)運用

由于靜音電機在一些指標上具有優(yōu)勢，這項技術(shù)正逐漸從實驗室中走向工業(yè)領(lǐng)域。

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

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

C-Motive的靜電電機外觀 C-Motive Technologies

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

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

C-Motive的靜電電機及其內(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中心測試這些靜電電機。

中國也在該領(lǐng)域取得了矚目的成果。據(jù)悉，北京航空航天大學科研團隊利用自主開發(fā)的新型靜電電機，成功研制出僅重4.21克的太陽能動力微型無人機，實現(xiàn)純自然光供能下的持續(xù)飛行。相關(guān)成果7月18日在國際學術(shù)期刊《Nature》發(fā)表，這也是國內(nèi)首個在《Nature》上發(fā)表的飛行器成果。

北航科研團隊研發(fā)的太陽能動力靜電電機微型無人機 網(wǎng)絡(luò)圖片

北航能源與動力工程學院教授漆明凈表示，對于微型無人機來說，首要考慮讓動力系統(tǒng)減少熱量損耗，使太陽能電池片產(chǎn)生的電能高效轉(zhuǎn)化為動能。在這種情況下，靜電驅(qū)動方案轉(zhuǎn)速低、發(fā)熱少、效率高。

挑戰(zhàn)和機遇并存

值得注意的是，靜電電機雖然理論上可以實現(xiàn)更高的效率和更低的材料成本，但在實際應(yīng)用中，維持強大靜電場需要很高的電壓。這增加了系統(tǒng)設(shè)計的復雜性，同時高電壓也對電機的絕緣材料提出了更高的要求。

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

雖然現(xiàn)在討論靜電電機的大規(guī)模普及為時尚早，但就像鋰離子電池從實驗室走向千家萬戶那樣，隨著研究的推進和商業(yè)化的嘗試，靜電電機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汽車或傳統(tǒng)無人機中的高速旋轉(zhuǎn)電機。但如果其證明其吸引力，那么目前一些為傳統(tǒng)電機設(shè)計的系統(tǒng)，如空調(diào)，可能會重新設(shè)計為使用靜電電機。

羅克韋爾自動化的Crum表示：“任何初創(chuàng)公司和新技術(shù)都會有許多的不確定性。但是對于電機來說，包括風扇、泵、機器人在內(nèi)的幾乎每一個工業(yè)設(shè)施都在使用他們。如果靜電電機被廣泛采用，單是效率的提升就能帶來千兆瓦級的電力能源節(jié)省?！?

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