無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的發(fā)展

引言

　　“無(wú)線(xiàn)充電”是利用一種特殊設(shè)備將電源插座的電力轉(zhuǎn)變?yōu)榭?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/充電">充電的電波，從而在扔掉電線(xiàn)的情況下直接對(duì)電子設(shè)備充電。無(wú)線(xiàn)充電大致上是通過(guò)磁場(chǎng)輸送能量。無(wú)線(xiàn)充電還有一個(gè)好處是省電，無(wú)線(xiàn)充電設(shè)備的效能接收在70%左右，具備電滿(mǎn)自動(dòng)關(guān)閉功能，避免了不必要的能耗。而且，這個(gè)效能接收率在不斷提高，很快將能達(dá)到98%。對(duì)于不同的電子產(chǎn)品，電源接口能自動(dòng)對(duì)應(yīng)，需要充電時(shí)，發(fā)射器和接收芯片會(huì)同時(shí)自動(dòng)開(kāi)始工作，充滿(mǎn)電時(shí)，兩方就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。它還能自動(dòng)識(shí)別不同的設(shè)備和能量需求。

　　1 無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)

　　其實(shí)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(wú)線(xiàn)輸電試驗(yàn)（圖1）。他提出并實(shí)現(xiàn)了交流發(fā)電。磁感應(yīng)強(qiáng)度的國(guó)際單位制也是以他的名字命名的。特斯拉構(gòu)想的無(wú)線(xiàn)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(guò)放大發(fā)射機(jī)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(lái)傳輸能量。但因財(cái)力不足，特斯拉的大膽構(gòu)想并沒(méi)有得到實(shí)現(xiàn)。后人雖然從理論上完全證實(shí)了這種方案的可行性，但世界還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)大同，想要在世界范圍內(nèi)進(jìn)行能量廣播和免費(fèi)獲取也是不可能的。因此，一個(gè)偉大的科學(xué)設(shè)想就這樣胎死腹中。

特斯拉進(jìn)行無(wú)線(xiàn)電力傳輸實(shí)驗(yàn)

　　事實(shí)上，從低頻波到宇宙射線(xiàn)，我們周?chē)教幋嬖谥姶挪?，它們都攜帶著或多或少的能量。在不少物理學(xué)家看來(lái)，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(shí)，但無(wú)線(xiàn)電能傳輸對(duì)于新能源的開(kāi)發(fā)和利用、解決未來(lái)能源短缺問(wèn)題有著重要的意義，因此，許多國(guó)家都沒(méi)有放棄這方面的研究。1968年，美國(guó)工程師彼得·格拉澤（Peter Glaser）提出了空間太陽(yáng)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(yáng)能發(fā)電基地，通過(guò)微波將電能傳輸回地球（圖2），并通過(guò)整流天線(xiàn)把微波轉(zhuǎn)換成電能。1979年，美國(guó)航空航天局NASA和美國(guó)能源部聯(lián)合提出太陽(yáng)能計(jì)劃-建立“SPS太陽(yáng)能衛(wèi)星基準(zhǔn)系統(tǒng)”。歐盟則在非洲的留尼汪島建造了一座10萬(wàn)千瓦的實(shí)驗(yàn)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(yàn)型太空太陽(yáng)能發(fā)電站SPS2000，2050年進(jìn)入規(guī)模運(yùn)行。

　　其實(shí)，無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)離我們這些普通人也并非遙不可及。相信一定有人使用過(guò)某種品牌的電動(dòng)牙刷（圖3），只要將牙刷插入220V的充電座上即可實(shí)現(xiàn)不接觸的無(wú)線(xiàn)充電，使用起來(lái)很方便。這種無(wú)線(xiàn)充電就是利用電磁感應(yīng)原理，解決了潮濕環(huán)境下的用電安全問(wèn)題。

　　無(wú)線(xiàn)電能傳輸有電磁感應(yīng)、射頻和微波三種基本方式，這三種技術(shù)分別適用于近程、中短程與遠(yuǎn)程電力傳送。但每種無(wú)線(xiàn)充電方式都有一些缺點(diǎn)，從而限制了它的發(fā)展。例如電磁感應(yīng)方式傳送能量較小、傳送范圍較小等，這也是為什么電動(dòng)牙刷必須放在充電座上才能充電，而不能將牙刷任意擺放的原因。所以，現(xiàn)在各家公司的研究方向就是對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行改良和完善，從而最終實(shí)現(xiàn)商品化。

　　2 感應(yīng)“墊子”上市，無(wú)線(xiàn)充電不是夢(mèng)想

　　香港城市大學(xué)的許樹(shù)源教授早在幾年前就曾經(jīng)成功研制出一種“無(wú)線(xiàn)電池充電平臺(tái)”，可將數(shù)個(gè)電子產(chǎn)品放在一個(gè)充電平臺(tái)上，透過(guò)低頻電磁場(chǎng)充電，充電時(shí)間與傳統(tǒng)充電器無(wú)異，技術(shù)實(shí)現(xiàn)也不深?yuàn)W。這種無(wú)線(xiàn)電池充電平臺(tái)利用的就是變壓器原理-變化的磁場(chǎng)中閉合的金屬線(xiàn)圈會(huì)產(chǎn)生電流。而英國(guó)SplashPower公司2005年初上市的無(wú)線(xiàn)充電器Splash pads（圖4），就是變壓器原理商業(yè)化的無(wú)線(xiàn)充電產(chǎn)品。

　　Splash Pads看上去就像一塊柔軟的鼠標(biāo)墊，它的塑膠薄膜里面裝有產(chǎn)生磁場(chǎng)的小線(xiàn)圈陣列（變壓器原邊），以及由磁性合金繞以電線(xiàn)制成的口香糖大小的接收線(xiàn)圈（變壓器副邊，可以貼在電子設(shè)備上，圖5）。在CES 2007上，WildCharge公司也推出了兩款無(wú)線(xiàn)充電器產(chǎn)品WildCharger和WildCharger-Mini（圖6）。WildCharge的無(wú)線(xiàn)充電器與SpashPower公司的產(chǎn)品外觀(guān)非常相似，也是墊子模樣的東西。WildCharger的功率較大，除了可以給手機(jī)和媒體播放器充電以外，還可以為筆記本電腦充電，而WildCharger-Mini畢竟個(gè)子小，只能給手機(jī)等小型設(shè)備充電。據(jù)稱(chēng)WildCharge公司將從最近開(kāi)始在網(wǎng)上銷(xiāo)售這類(lèi)無(wú)線(xiàn)充電產(chǎn)品。

圖5電磁感應(yīng)方式的無(wú)線(xiàn)充電原理