無線充電技術(shù)的發(fā)展

引言

　　“無線充電”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，從而在扔掉電線的情況下直接對電子設(shè)備充電。無線充電大致上是通過磁場輸送能量。無線充電還有一個(gè)好處是省電，無線充電設(shè)備的效能接收在70%左右，具備電滿自動關(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%。對于不同的電子產(chǎn)品，電源接口能自動對應(yīng)，需要充電時(shí)，發(fā)射器和接收芯片會同時(shí)自動開始工作，充滿電時(shí)，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。

　　1 無線充電技術(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)做了無線輸電試驗(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(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傳輸能量。但因財(cái)力不足，特斯拉的大膽構(gòu)想并沒有得到實(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)行無線電力傳輸實(shí)驗(yàn)

　　事實(shí)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(shí)，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（圖2），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(jì)劃-建立“SPS太陽能衛(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)型太空太陽能發(fā)電站SPS2000，2050年進(jìn)入規(guī)模運(yùn)行。

　　其實(shí)，無線充電技術(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某種品牌的電動牙刷（圖3），只要將牙刷插入220V的充電座上即可實(shí)現(xiàn)不接觸的無線充電，使用起來很方便。這種無線充電就是利用電磁感應(yīng)原理，解決了潮濕環(huán)境下的用電安全問題。

　　無線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。但每種無線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，無線充電不是夢想

　　香港城市大學(xué)的許樹源教授早在幾年前就曾經(jīng)成功研制出一種“無線電池充電平臺”，可將數(shù)個(gè)電子產(chǎn)品放在一個(gè)充電平臺上，透過低頻電磁場充電，充電時(shí)間與傳統(tǒng)充電器無異，技術(shù)實(shí)現(xiàn)也不深?yuàn)W。這種無線電池充電平臺利用的就是變壓器原理-變化的磁場中閉合的金屬線圈會產(chǎn)生電流。而英國SplashPower公司2005年初上市的無線充電器Splash pads（圖4），就是變壓器原理商業(yè)化的無線充電產(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)生磁場的小線圈陣列（變壓器原邊），以及由磁性合金繞以電線制成的口香糖大小的接收線圈（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線充電器產(chǎn)品WildCharger和WildCharger-Mini（圖6）。WildCharge的無線充電器與SpashPower公司的產(chǎn)品外觀非常相似，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WildCharge公司將從最近開始在網(wǎng)上銷售這類無線充電產(chǎn)品。

圖5電磁感應(yīng)方式的無線充電原理