淺談無線充電技術

胡睿

摘 要：近年來，隨著移動電子設備的高速發展，為這些設備提供能量補給的方式也在不斷進步更新。從過去的鉛蓄電池，到后來的鋰電池，再到人們所熟知的充電電池，這其中已經經歷了一百多年的變換。而最近的一種新趨勢——無線充電技術，突破了傳統的固體媒介，從而使補給能量的方式達到了新的高度。

關鍵詞：無線充電 電磁 電源

中圖分類號：TM910.6 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（c）-0023-02

人們在外出行時總會遇到忘記帶手機充電器的這種情況，就算有幸能問身邊的同伴借到充電器，也不一定能夠在附近找到電源插座。許多人會選擇使用移動電源，然而要將一個體積質量都不甚小的物品綁定于手機隨身攜帶實為不便。于是一種新型的充電方式——無線充電技術（wireless charging）便出現在人們的視線里。該文將分為四個部分展開論述：無線充電技術的起源、近代無線充電技術的起源、四種常見無線充電技術的比較以及總結部分。目前這種技術并沒有普及到日常生活中，但是在科研中已經取得了一定的成果。

1 無線充電技術的起源與應用現狀

1.1 無線充電技術的起源

談起無線充電技術，那必須先提一提電與磁的鼻祖。

早在1820年安培發現電流可以產生磁場開始，點與磁的關系就吸引了許多當時頂尖的物理學家的關注，1831年法拉利發現了電磁感應現象；1864年麥克斯韋建立了統一的電磁場方程，用數學的方法描述電磁輻射。至此，電磁學的理論基礎已被奠定了下來。之后基于電磁學理論的發明創造層出不窮： 特斯拉改善了赫茲的微波發射器，幾年后他展示了用無線傳輸的熒光照明燈，后來，他又通過天線方式點亮了一個單級白熾燈從而又申請到了天線的專利……

盡管如此，他對于無線電能傳輸的研究還是宣告失敗！隨著無線充電的需求越來越大，近代以來對它的探究從未停止。1988年的約翰鮑爾斯教授完成了一個著名的實驗。在1米的距離給60 W的燈泡充電，效率高達75%。這標志性的實驗決定了無線充電技術的出現。

1.2 無線充電技術應用現狀

在前一段時間，三星推出了新一代的手機，即Galaxy系列S4，宣布支持Qi無線充電技術，同時，微軟大力支持WP8手機Lumia 920/820同時也支持此標準。雖然無線充電在當前已不是所謂的新名詞，但是可以行到這些手機大腕的支持，也可見這一種趨勢是一種必然。

當然對于無線充電事業而言，這只是開始的第一步而已。而這一項技術在將來，特別是在移動設備上，更是一個大的發展方向趨勢，更是各大廠商都要研究的重點、熱點技術。實際上，在電子商品發達的今日，每一個人手上都有不同類型的充電器、充電線，這在使用起來非常不方便。而這一項技術就是為了解決這個問題。無線充電技術可讓大家擺脫這些線的問題，同時也可以解決充電器的通用性問題。

只是現在無線充電技術未被大規模運用，分析原因在于當前不同終端對于供電參數要求是不同的，全球均沒有形成一個通用的標準。所以當前無線充電技術也中局限于部分手機、部分地區。不管是手機行業或是其他的巨頭、組織、團體來說，都在積極開發有關技術。將來無線充電不單單是可脫離“線”的束縛，還可以在未來讓手機不用去刻意進行充電，只需要放在口袋或是桌子上就可以保持電流不斷輸入到設備當中。

2 近代無線充電技術的起源

近代無線充電技術的起源由多種因素相輔相成，該文在此著重分析三個因素：電網系統的改善，電源技術的發展以及無線充電的需求提高。

2.1 電網系統的改善

人們可以較方便的從電網獲得電能的供應，因此跨區域的長距離無線電能傳輸的需求大大減小，甚至消亡了。

2.2 電源技術的發展

伴隨著航空技術的發展，航天電源的需求增加，電源技術也得到了發展與完善，開關電源理論以及半導體器件的制作也同時得到了發展，人們可以更加容易的使用高頻開關電源。

2.3 無線充電的需求提高

智能手機的普遍應用，使人們在智能手機的電能需求方面也不斷提高，因受限于電池技術的落后，智能設備續航時間成為了改良電池技術發展的最大問題，因此無線充電技術備受關注。

3 四種無線充電方式的比較

隨著越來越多的科學家開始研究無線充電，幾種不同風格的流派也隨之誕生。從大體上來講，目前有四種研究的方式：電磁感應式、磁共振式、無線電磁波式以及電場耦合式。在此將先分開介紹四種方式，再一起進行比較。

3.1 電磁感應式

顧名思義，它的根本原理是利用電磁感應原理，類似于在變壓器原理，在發送端和接收端各有一個線圈，初級和次級，初級線圈上通過一定頻率的交流電，次級線圈中便產生一定的電流，從而將能量從發送端轉移到接收端。 實際上，這一種方式也實現了在現實中的運用，我國的比亞迪公司早在2005年就申請了非接觸感應式的充電器專利，這項專利就是使用了電磁感應技術。

3.2 磁共振式

它的組成分為能量發送裝置和能量接受裝置兩個部分，兩個發熱裝置調到相同的頻率，或者說在一特定的頻率上共振，就可以交換彼此的能量，它的原理與聲音的共振原理相同，排列在磁場中相同振動的線圈，從一個向另一個充電，其傳輸的功率大，適合遠距離。

3.3 無線電磁波式

即是無線電波式充電，它的原理類似于早期使用的礦石收音機，主要由微波發射裝置與接收裝置組成，利用高頻電磁波進行無線充電，表現得像無線上網一樣，能隨時隨地充電，可捕捉到由墻壁彈回的無線電波的能量，在隨負載作出高速的同時，確保穩定直接電壓。這項發展比較成熟，但 雖然說大強度電磁波對人體的影響尚未明確，但是要實現這種方式充電，空間中的電磁能量會遠超國際標準。

3.4 電場耦合式

它的原理是利用通過沿垂直方向耦合的兩組非對稱偶極子而產生的感應電場來傳輸電能，與其他方式原理相差較大的地方是它的各部分電壓推移變化.其特點在于：（1）充電位置自由；（2）電極薄，電極部溫度不會上升；（3）適合短距離充電；（4）轉換效率較高。

從效率上來考慮，應該選擇電磁感應式，然而這種方式的傳輸距離較短，比較適合較短的距離充電，受限制于只能在特定的位置才能精確地充電。如果要實現長距離充電，那么磁共振式和無線電磁波式便是更好的選擇。然而這兩種方式有一個共同的缺點，那就是對人體的傷害比較大。所以在投入實際生產應用時，必須同時考慮到以上因素，根據不同人群的需求， 權衡出比較適中的方案。

4 結語

對于無線充電而言，到底什么才是要解決的問題，筆者認為應該是接收電力要迷你化，起碼可在手機作為內置系統，安裝在智能手機處理器方面。 隨著科學技術的發展，人類已經成功的從有線通訊時代步入無線通訊時代，普及無線充電的時代已經到來，無線充電技術目前有四種較為成熟的方式，電磁感應式成功的為無線充電開辟了市場，電磁共振式的理論基礎則更為牢固，共振式原理隨著技術的發展也可以實現無線充電，相信在不久的將來，無線充電會走進千家萬戶，人們也不會為“線”所煩惱。

參考文獻

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