無線充電

　　概述

　　其實早在1890年，物理學(xué)家兼電氣工程師尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）就已經(jīng)做了無線輸電試驗。他提出并實現(xiàn)了交流發(fā)電。磁感應(yīng)強度的國際單位制也是以他的名字命名的。特斯拉構(gòu)想的無線輸電方法，是把地球作為內(nèi)導(dǎo)體、地球電離層作為外導(dǎo)體，通過放大發(fā)射機以徑向電磁波振蕩模式，在地球與電離層之間建立起大約8Hz的低頻共振，再利用環(huán)繞地球的表面電磁波來傳輸能量。但因財力不足，特斯拉的大膽構(gòu)想并沒有得到實現(xiàn)。后人雖然從理論上完全證實了這種方案的可行性，但世界還沒有實現(xiàn)大同，想要在世界范圍內(nèi)進行能量廣播和免費獲取也是不可能的。因此，一個偉大的科學(xué)設(shè)想就這樣胎死腹中。

　　特斯拉進行無線電力傳輸實驗

　　事實上，從低頻波到宇宙射線，我們周圍到處存在著電磁波，它們都攜帶著或多或少的能量。在不少物理學(xué)家看來，人們要做的或許僅僅是找到合適的辦法接收和利用這些能量。特斯拉的想法雖然難成現(xiàn)實，但無線電能傳輸對于新能源的開發(fā)和利用、解決未來能源短缺問題有著重要的意義，因此，許多國家都沒有放棄這方面的研究。1968年，美國工程師彼得·格拉澤（Peter Glaser）提出了空間太陽能發(fā)電（Space Solar Power，SSP）的概念，其構(gòu)想是在地球外層空間建立太陽能發(fā)電基地，通過微波將電能傳輸回地球，并通過整流天線把微波轉(zhuǎn)換成電能。1979年，美國航空航天局NASA和美國能源部聯(lián)合提出太陽能計劃—建立“SPS太陽能衛(wèi)星基準系統(tǒng)”。歐盟則在非洲的留尼汪島建造了一座10萬千瓦的實驗型微波輸電裝置，已于2003年向當(dāng)?shù)卮迩f送電。野心勃勃的日本擬于2020年建造試驗型太空太陽能發(fā)電站SPS2000，2050年進入規(guī)模運行。

　　無線充電示意圖我們都知道，無線能源似乎是一個聽起來很棒的新奇概念，但是我們很難想象會很快將它實現(xiàn)商業(yè)化。

　　據(jù)engadget報道，美國賓州的一家公司，目前靠著這個 Powercast 技術(shù)，已經(jīng)和超過百家的主要電子產(chǎn)品公司，簽下內(nèi)容尚未公開的合作案，包括一些耗電量 “相對較低” 的電子產(chǎn)品，諸如手機、MP3 隨身聽，還有汽車零件、溫度感應(yīng)器、助聽器，甚至是醫(yī)療儀器等的制造業(yè)者。

　　基本上整個系統(tǒng)包含了兩件東西，一個是插在插座上的發(fā)信器，另一個電子產(chǎn)品上，跟硬幣大小差不多的接收器（技術(shù)核心），只要在一定的范圍內(nèi)（目前是在 90 厘米的距離內(nèi)），電源能夠瞬間自發(fā)信器傳到對應(yīng)的接受器。

　　該項技術(shù)之所以會得到這么多家廠商的青睞，原因是在他獨特的無線電波接收裝置，能夠根據(jù)不同的負載、電場強度來作調(diào)整，同時還能維持穩(wěn)定的直流電壓，這也表示在空中亂噴的電磁波功率，能夠被減到最低。（據(jù)說這種設(shè)備已經(jīng)獲得了 FCC 的認可）

　　最神奇的是，這接收器的制造成本，竟然只要 5 塊錢美金；目前預(yù)計將在 2008 年底，也許會更快，就會出現(xiàn)在部份的電子產(chǎn)品上頭了。另外各位常常在外奔波的筆電使用者，也不用心急，等到各位的筆電/UMPC 耗電量降到了個位數(shù)（目前的極限），你將來在外頭上網(wǎng)，應(yīng)該是不需要帶充電器了，不過以后網(wǎng)絡(luò)費可能要跟電費綁在一起了。

　　2010年9月1日，全球首個推動無線充電技術(shù)的標準化組織——無線充電聯(lián)盟在北京宣布將Qi無線充電國際標準率先引入中國。信息產(chǎn)業(yè)部通信電磁兼容質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心也加入該組織。

　　無線充電聯(lián)盟副主席、來自美國安利的子公司富爾頓創(chuàng)新公司董事布雷特·劉易斯介紹，聯(lián)盟成員近60家，包括勁量、LG電子、諾基亞等。安利凈水器10年前就開始采用富爾頓的無線充電技術(shù)。

　　無線充電技術(shù)采用統(tǒng)一的工業(yè)標準，未來幾年，手提電話、PMP/MP3播放器、數(shù)字照相機、手提電腦等產(chǎn)品都可以使用全新的低能耗、高兼容的相同的無線充電器。這個充電器類似一個托盤直接插到電源上，獲得聯(lián)盟認證的帶有“Qi”標識各企業(yè)的不同品牌的手機直接放在上面就可完成充電。

　　無線充電原理

　　無線充電器的工作原理利用的是法拉第電磁感應(yīng)，當(dāng)電流通過線圈之后，便會產(chǎn)生出磁場；而產(chǎn)生的磁場又會形成電壓，有了電壓之后便會產(chǎn)生電流，有了電流便可以充電。無線充電器便是這樣擺脫電線的束縛的。

　　目前最為常見的無線充電解決方案主要是：

　　電磁感應(yīng)，通過初級和次級線圈感應(yīng)產(chǎn)生電流，從而將能量從傳輸段轉(zhuǎn)移到接收端，該解決方案提供商包括英國Splashpower、美國WildCharge和Fulton Innovation等公司。

　　無線電波是另一個發(fā)展較為成熟的技術(shù)，其基本原理類似于早期使用的礦石收音機。有公司研發(fā)的微型高效接收電路，可以捕捉到從墻壁彈回的無線電波能量，在隨負載作出調(diào)整的同時保持穩(wěn)定的直流電壓。只需一個安裝在墻身插頭的發(fā)送器，以及可以安裝在任何低電壓產(chǎn)品的“蚊型”接收器，就可將無線電波轉(zhuǎn)化成直流電在約1米范圍內(nèi)為不同電子裝置的電池充電。

　　另一種尚在研究中的技術(shù)是電磁共振。

　　原理——由能量發(fā)送裝置，和能量接收裝置組成，當(dāng)兩個裝置調(diào)整到相同頻率，或者說在一個特定的頻率上共振，它們就可以交換彼此的能量。

　　磁共振方式由美國麻省理工學(xué)院（MIT）物理學(xué)家馬林·索爾賈?？耍∕arin Soljacic）于2007年進行了驗證，自此受到了廣泛關(guān)注。

　　磁共振方式的原理與聲音的共振原理相同。排列好振動頻率相同的音叉，一個發(fā)聲的話，其他的也會共振發(fā)聲。同樣，排列在磁場中的相同振動頻率的線圈，也可從一個向另一個供電。

　　利用共振還可延長傳輸距離。電磁感應(yīng)方式的供電距離最大為數(shù)mm～10cm左右，而磁共振方式如果線圈夠大，可向數(shù)m遠以外供電。

　　還有一種是激光束傳輸，但難點在于激光束需要固定通道。

　　無線充電的發(fā)展

　　一、無線充電的發(fā)展歷史

　　1. 19世紀30年代，邁克爾•法拉第就發(fā)現(xiàn)，周圍磁場的變化將在電線中產(chǎn)生電流。

　　2. 19世紀90年代，愛迪生光譜輻射能研究項目的一名助手尼古拉•特斯拉就曾提出無線電力傳輸?shù)臉?gòu)想。

　　3.香港城市大學(xué)電子工程學(xué)系許樹源教授在早幾年曾成功研制出“無線電池充電平臺”，需要產(chǎn)品與充電器接觸，它主要利用的是近場電磁耦合原理。

　　4.2007年，美國麻省理工學(xué)院的馬林·索爾賈希克（Marin Soljacic）等人在無線傳輸電力方面取得了新進展，他們用兩米外的一個電源，“隔地”點亮了一盞60瓦的燈泡。

　　5.最近，有幾家公司已經(jīng)生產(chǎn)出無線充電的手機、mp3、便攜式電腦。

　　二、無線充電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀：

　　無線充電技術(shù)是近幾年才開始發(fā)展起來的一個新興行業(yè)，未來有著廣闊的發(fā)展空間。無線充電聯(lián)盟（Wireless Power Consortium）成立于2008年12月17日，其使命是為了創(chuàng)造和促進市場廣泛采用與所有可再充電電子設(shè)備兼容的國際無線充電標準Qi。以安全性，能源及充電效率為出發(fā)點，無線充電聯(lián)盟宣布將近距離電磁感應(yīng)技術(shù)作為低功耗便攜式電子設(shè)備充電的國際標準

　　1.2010年9月1日，全球首個推動無線充電技術(shù)的標準化組織——無線充電聯(lián)盟在北京宣布將Qi無線充電國際標準率先引入中國。信息產(chǎn)業(yè)部通信電磁兼容質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心也加入該組織

　　2.無線充電技術(shù)采用統(tǒng)一的工業(yè)標準，未來幾年，手提電話、PMP/MP3播放器、數(shù)字照相機、手提電腦等產(chǎn)品都可以使用全新的低能耗、高兼容的相同的無線充電器。

　　3.這個充電器類似一個托盤直接插到電源上，獲得聯(lián)盟認證的帶有“Qi”標識的不同品牌的手機直接放在上面就可完成充電

　　5年內(nèi)實現(xiàn)遠距離無線充電

　　方便自不必說，除此之外，無線充電還更安全，沒有了外露的連接器，漏電、跑電等安全隱患都徹底避免了。有人擔(dān)心輻射的問題，這一技術(shù)最先在凈水器中運用，至今已經(jīng)有8年時間了，安全性已經(jīng)得到了36個國家的驗證，肯定不會對人體和環(huán)境帶來危害據(jù)介紹，無線充電大致上是通過磁場輸送能量，而人類以及人類身邊的絕大多數(shù)物件都是非磁性的。 無線充電還有一個好處是省電，無線充電設(shè)備的效能接收在70%左右，和有線充電設(shè)備相等，但是它具備電滿自動關(guān)閉功能，避免了不必要的能耗。而且，這個效能接收率在不斷提高，很快將能達到98%。

　　無線充電設(shè)備比普通充電器“聰明”很多，對于不同的電子產(chǎn)品，電源接口能自動對應(yīng)，需要充電時，發(fā)射器和接收芯片會同時自動開始工作，充滿電時，兩方就會自動關(guān)閉。它還能自動識別不同的設(shè)備和能量需求，進行‘個性化工作’，這就是智能。

　　現(xiàn)在，為了消費者的安全以及他們的便利性考慮，相關(guān)科研人員先提供了近磁場無線充電技術(shù)（即需放在發(fā)射器旁邊），同時，他們也在研究遠距離無線充電，這是一個新興市場。實際上現(xiàn)在的技術(shù)就可以達到3英尺～4英尺的范圍內(nèi)進行有效的電量傳輸，但這還需要經(jīng)過相關(guān)組織的驗證。5到10年，甚至更快，遠距離無線充電就會進入每一個人的生活中。

　　未來，不僅是小功率電器，常見的家用電器設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、電動工具、辦公室電器、廚房電器等都可以實現(xiàn)無線充電了。其實準確的說，應(yīng)該叫“無線供電”，也就是一邊傳輸一邊使用電能，不需要任何類似于電池的電量存儲設(shè)備，更不需要提前充電了。

　　到那時，電線、插線板、電池都可以消失了，你甚至感受不到電的存在，它就像空氣一樣，讓你覺得手到擒來。

　　先驅(qū)

　　Palm︱美國

　　Palm公司是美國老牌智能手機廠商，它最早將無線充電應(yīng)用在手機上。它推出的充電設(shè)備“觸摸石”，就可以利用電磁感應(yīng)原理無線為手機充電。

　　海爾︱中國

　　海爾推出的概念性“無尾電視”，不需要電源線、信號線和網(wǎng)線。海爾稱該產(chǎn)品采用了與麻省理工學(xué)院合作的無線電力傳輸技術(shù)。

　　Powermat︱美國

　　目前 Powermat 推出的充電板有桌面式和便攜式等多種，主要由底座和無線接收器組成，售價在100美元左右。

　　勁量︱美國

　　勁量（Energizer）是美國知名的電池和手電筒品牌。該公司預(yù)計將于10月正式推出一款無線充電器，售價在89美元左右。

　　微軟︱美國

　　由微軟亞洲研究院研發(fā)的一款無線充電板裝置名為uPad，已在2008年底造出樣機。

　　富士通︱日本

　　富士通的系統(tǒng)與美國Witricity公司研發(fā)的技術(shù)類似，后者同樣利用磁共振傳輸電量，傳輸距離可達到幾米遠。這項技術(shù)將促使日本政府在2012年之前在公共場所設(shè)置無線充電網(wǎng)點。

　　惠州市明天科技有限公司| 中國

　　2004年8月 惠州市明天科技有限公司成立

　　2005年10月確立無線供電作為公司主研項目

　　2006年10月 首款無線供電模塊VOX06MP01試制成功

　　2007年4月 VOX12MP05和VOX24MP20無線供電芯片試制成功

　　2007年10月 大功率無線供電芯片VOX330MP05試制成功

　　2008年3月 無線供電芯片正式量產(chǎn)

　　2008年12月 成功解決無線供電接收電路的限壓接收功能

　　2009年6月 全面解決手機電池的無線供電（充電）方案

　　2010年6月全面解決大功率無線供電（充電）方案

　　遠景

　　應(yīng)用所有你可以想象得到和想象不到的領(lǐng)域。

　　首先是，低功率低能耗的電子通訊產(chǎn)品，辦公產(chǎn)品，如：手機、掌上電腦等利用；

　　其次是，家具產(chǎn)品和低能耗的家電利用；

　　再其次是，交通工具，如電動車、動車組等全部

　　再再其次是，空間站，衛(wèi)星、軍艦和航母等通過把云層的電離層能量收集并無線傳輸給需要能量的場所實現(xiàn)完全環(huán)保節(jié)能的新一代國際軍事領(lǐng)域。