淺談無線充電技術(shù)

胡睿

摘 要：近年來，隨著移動電子設(shè)備的高速發(fā)展，為這些設(shè)備提供能量補(bǔ)給的方式也在不斷進(jìn)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(jīng)經(jīng)歷了一百多年的變換。而最近的一種新趨勢——無線充電技術(shù)，突破了傳統(tǒng)的固體媒介，從而使補(bǔ)給能量的方式達(dá)到了新的高度。

關(guān)鍵詞：無線充電 電磁 電源

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

人們在外出行時(shí)總會遇到忘記帶手機(jī)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(gè)體積質(zhì)量都不甚小的物品綁定于手機(jī)隨身攜帶實(shí)為不便。于是一種新型的充電方式——無線充電技術(shù)（wireless charging）便出現(xiàn)在人們的視線里。該文將分為四個(gè)部分展開論述：無線充電技術(shù)的起源、近代無線充電技術(shù)的起源、四種常見無線充電技術(shù)的比較以及總結(jié)部分。目前這種技術(shù)并沒有普及到日常生活中，但是在科研中已經(jīng)取得了一定的成果。

1 無線充電技術(shù)的起源與應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 無線充電技術(shù)的起源

談起無線充電技術(shù)，那必須先提一提電與磁的鼻祖。

早在1820年安培發(fā)現(xiàn)電流可以產(chǎn)生磁場開始，點(diǎn)與磁的關(guān)系就吸引了許多當(dāng)時(shí)頂尖的物理學(xué)家的關(guān)注，1831年法拉利發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象；1864年麥克斯韋建立了統(tǒng)一的電磁場方程，用數(shù)學(xué)的方法描述電磁輻射。至此，電磁學(xué)的理論基礎(chǔ)已被奠定了下來。之后基于電磁學(xué)理論的發(fā)明創(chuàng)造層出不窮： 特斯拉改善了赫茲的微波發(fā)射器，幾年后他展示了用無線傳輸?shù)臒晒庹彰鳠?，后來，他又通過天線方式點(diǎn)亮了一個(gè)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?shù)难芯窟€是宣告失?。‰S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(gè)著名的實(shí)驗(yàn)。在1米的距離給60 W的燈泡充電，效率高達(dá)75%。這標(biāo)志性的實(shí)驗(yàn)決定了無線充電技術(shù)的出現(xiàn)。

1.2 無線充電技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

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

當(dāng)然對于無線充電事業(yè)而言，這只是開始的第一步而已。而這一項(xiàng)技術(shù)在將來，特別是在移動設(shè)備上，更是一個(gè)大的發(fā)展方向趨勢，更是各大廠商都要研究的重點(diǎn)、熱點(diǎn)技術(shù)。實(shí)際上，在電子商品發(fā)達(dá)的今日，每一個(gè)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(xiàng)技術(shù)就是為了解決這個(gè)問題。無線充電技術(shù)可讓大家擺脫這些線的問題，同時(shí)也可以解決充電器的通用性問題。

只是現(xiàn)在無線充電技術(shù)未被大規(guī)模運(yùn)用，分析原因在于當(dāng)前不同終端對于供電參數(shù)要求是不同的，全球均沒有形成一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)。所以當(dāng)前無線充電技術(shù)也中局限于部分手機(jī)、部分地區(qū)。不管是手機(jī)行業(yè)或是其他的巨頭、組織、團(tuán)體來說，都在積極開發(fā)有關(guān)技術(shù)。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(jī)不用去刻意進(jìn)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(shè)備當(dāng)中。

2 近代無線充電技術(shù)的起源

近代無線充電技術(shù)的起源由多種因素相輔相成，該文在此著重分析三個(gè)因素：電網(wǎng)系統(tǒng)的改善，電源技術(shù)的發(fā)展以及無線充電的需求提高。

2.1 電網(wǎng)系統(tǒng)的改善

人們可以較方便的從電網(wǎng)獲得電能的供應(yīng)，因此跨區(qū)域的長距離無線電能傳輸?shù)男枨蟠蟠鬁p小，甚至消亡了。

2.2 電源技術(shù)的發(fā)展

伴隨著航空技術(shù)的發(fā)展，航天電源的需求增加，電源技術(shù)也得到了發(fā)展與完善，開關(guān)電源理論以及半導(dǎo)體器件的制作也同時(shí)得到了發(fā)展，人們可以更加容易的使用高頻開關(guān)電源。

2.3 無線充電的需求提高

智能手機(jī)的普遍應(yīng)用，使人們在智能手機(jī)的電能需求方面也不斷提高，因受限于電池技術(shù)的落后，智能設(shè)備續(xù)航時(shí)間成為了改良電池技術(shù)發(fā)展的最大問題，因此無線充電技術(shù)備受關(guān)注。

3 四種無線充電方式的比較

隨著越來越多的科學(xué)家開始研究無線充電，幾種不同風(fēng)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(yīng)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(jìn)行比較。

3.1 電磁感應(yīng)式

顧名思義，它的根本原理是利用電磁感應(yīng)原理，類似于在變壓器原理，在發(fā)送端和接收端各有一個(gè)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(chǎn)生一定的電流，從而將能量從發(fā)送端轉(zhuǎn)移到接收端。 實(shí)際上，這一種方式也實(shí)現(xiàn)了在現(xiàn)實(shí)中的運(yùn)用，我國的比亞迪公司早在2005年就申請了非接觸感應(yīng)式的充電器專利，這項(xiàng)專利就是使用了電磁感應(yīng)技術(shù)。

3.2 磁共振式

它的組成分為能量發(fā)送裝置和能量接受裝置兩個(gè)部分，兩個(gè)發(fā)熱裝置調(diào)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(gè)向另一個(gè)充電，其傳輸?shù)墓β蚀?，適合遠(yuǎn)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(jī)，主要由微波發(fā)射裝置與接收裝置組成，利用高頻電磁波進(jìn)行無線充電，表現(xiàn)得像無線上網(wǎng)一樣，能隨時(shí)隨地充電，可捕捉到由墻壁彈回的無線電波的能量，在隨負(fù)載作出高速的同時(shí)，確保穩(wěn)定直接電壓。這項(xiàng)發(fā)展比較成熟，但 雖然說大強(qiáng)度電磁波對人體的影響尚未明確，但是要實(shí)現(xiàn)這種方式充電，空間中的電磁能量會遠(yuǎn)超國際標(biāo)準(zhǔn)。

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(chǎn)生的感應(yīng)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(diǎn)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(zhuǎn)換效率較高。

從效率上來考慮，應(yīng)該選擇電磁感應(yīng)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(shí)現(xiàn)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(gè)共同的缺點(diǎn)，那就是對人體的傷害比較大。所以在投入實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用時(shí)，必須同時(shí)考慮到以上因素，根據(jù)不同人群的需求， 權(quán)衡出比較適中的方案。

4 結(jié)語

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

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