浅谈无线充电技术

胡睿

摘 要：近年来，随着移动电子设备的高速发展，为这些设备提供能量补给的方式也在不断进步更新。从过去的铅蓄电池，到后来的锂电池，再到人们所熟知的充电电池，这其中已经经历了一百多年的变换。而最近的一种新趋势——无线充电技术，突破了传统的固体媒介，从而使补给能量的方式达到了新的高度。

关键词：无线充电 电磁 电源

中图分类号：TM910.6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（c）-0023-02

人们在外出行时总会遇到忘记带手机充电器的这种情况，就算有幸能问身边的同伴借到充电器，也不一定能够在附近找到电源插座。许多人会选择使用移动电源，然而要将一个体积质量都不甚小的物品绑定于手机随身携带实为不便。于是一种新型的充电方式——无线充电技术（wireless charging）便出现在人们的视线里。该文将分为四个部分展开论述：无线充电技术的起源、近代无线充电技术的起源、四种常见无线充电技术的比较以及总结部分。目前这种技术并没有普及到日常生活中，但是在科研中已经取得了一定的成果。

1 无线充电技术的起源与应用现状

1.1 无线充电技术的起源

谈起无线充电技术，那必须先提一提电与磁的鼻祖。

早在1820年安培发现电流可以产生磁场开始，点与磁的关系就吸引了许多当时顶尖的物理学家的关注，1831年法拉利发现了电磁感应现象；1864年麦克斯韦建立了统一的电磁场方程，用数学的方法描述电磁辐射。至此，电磁学的理论基础已被奠定了下来。之后基于电磁学理论的发明创造层出不穷： 特斯拉改善了赫兹的微波发射器，几年后他展示了用无线传输的荧光照明灯，后来，他又通过天线方式点亮了一个单级白炽灯从而又申请到了天线的专利……

尽管如此，他对于无线电能传输的研究还是宣告失败！随着无线充电的需求越来越大，近代以来对它的探究从未停止。1988年的约翰鲍尔斯教授完成了一个著名的实验。在1米的距离给60 W的灯泡充电，效率高达75%。这标志性的实验决定了无线充电技术的出现。

1.2 无线充电技术应用现状

在前一段时间，三星推出了新一代的手机，即Galaxy系列S4，宣布支持Qi无线充电技术，同时，微软大力支持WP8手机Lumia 920/820同时也支持此标准。虽然无线充电在当前已不是所谓的新名词，但是可以行到这些手机大腕的支持，也可见这一种趋势是一种必然。

当然对于无线充电事业而言，这只是开始的第一步而已。而这一项技术在将来，特别是在移动设备上，更是一个大的发展方向趋势，更是各大厂商都要研究的重点、热点技术。实际上，在电子商品发达的今日，每一个人手上都有不同类型的充电器、充电线，这在使用起来非常不方便。而这一项技术就是为了解决这个问题。无线充电技术可让大家摆脱这些线的问题，同时也可以解决充电器的通用性问题。

只是现在无线充电技术未被大规模运用，分析原因在于当前不同终端对于供电参数要求是不同的，全球均没有形成一个通用的标准。所以当前无线充电技术也中局限于部分手机、部分地区。不管是手机行业或是其他的巨头、组织、团体来说，都在积极开发有关技术。将来无线充电不单单是可脱离“线”的束缚，还可以在未来让手机不用去刻意进行充电，只需要放在口袋或是桌子上就可以保持电流不断输入到设备当中。

2 近代无线充电技术的起源

近代无线充电技术的起源由多种因素相辅相成，该文在此着重分析三个因素：电网系统的改善，电源技术的发展以及无线充电的需求提高。

2.1 电网系统的改善

人们可以较方便的从电网获得电能的供应，因此跨区域的长距离无线电能传输的需求大大减小，甚至消亡了。

2.2 电源技术的发展

伴随着航空技术的发展，航天电源的需求增加，电源技术也得到了发展与完善，开关电源理论以及半导体器件的制作也同时得到了发展，人们可以更加容易的使用高频开关电源。

2.3 无线充电的需求提高

智能手机的普遍应用，使人们在智能手机的电能需求方面也不断提高，因受限于电池技术的落后，智能设备续航时间成为了改良电池技术发展的最大问题，因此无线充电技术备受关注。

3 四种无线充电方式的比较

随着越来越多的科学家开始研究无线充电，几种不同风格的流派也随之诞生。从大体上来讲，目前有四种研究的方式：电磁感应式、磁共振式、无线电磁波式以及电场耦合式。在此将先分开介绍四种方式，再一起进行比较。

3.1 电磁感应式

顾名思义，它的根本原理是利用电磁感应原理，类似于在变压器原理，在发送端和接收端各有一个线圈，初级和次级，初级线圈上通过一定频率的交流电，次级线圈中便产生一定的电流，从而将能量从发送端转移到接收端。 实际上，这一种方式也实现了在现实中的运用，我国的比亚迪公司早在2005年就申请了非接触感应式的充电器专利，这项专利就是使用了电磁感应技术。

3.2 磁共振式

它的组成分为能量发送装置和能量接受装置两个部分，两个发热装置调到相同的频率，或者说在一特定的频率上共振，就可以交换彼此的能量，它的原理与声音的共振原理相同，排列在磁场中相同振动的线圈，从一个向另一个充电，其传输的功率大，适合远距离。

3.3 无线电磁波式

即是无线电波式充电，它的原理类似于早期使用的矿石收音机，主要由微波发射装置与接收装置组成，利用高频电磁波进行无线充电，表现得像无线上网一样，能随时随地充电，可捕捉到由墙壁弹回的无线电波的能量，在随负载作出高速的同时，确保稳定直接电压。这项发展比较成熟，但 虽然说大强度电磁波对人体的影响尚未明确，但是要实现这种方式充电，空间中的电磁能量会远超国际标准。

3.4 电场耦合式

它的原理是利用通过沿垂直方向耦合的两组非对称偶极子而产生的感应电场来传输电能，与其他方式原理相差较大的地方是它的各部分电压推移变化.其特点在于：（1）充电位置自由；（2）电极薄，电极部温度不会上升；（3）适合短距离充电；（4）转换效率较高。

从效率上来考虑，应该选择电磁感应式，然而这种方式的传输距离较短，比较适合较短的距离充电，受限制于只能在特定的位置才能精确地充电。如果要实现长距离充电，那么磁共振式和无线电磁波式便是更好的选择。然而这两种方式有一个共同的缺点，那就是对人体的伤害比较大。所以在投入实际生产应用时，必须同时考虑到以上因素，根据不同人群的需求， 权衡出比较适中的方案。

4 结语

对于无线充电而言，到底什么才是要解决的问题，笔者认为应该是接收电力要迷你化，起码可在手机作为内置系统，安装在智能手机处理器方面。 随着科学技术的发展，人类已经成功的从有线通讯时代步入无线通讯时代，普及无线充电的时代已经到来，无线充电技术目前有四种较为成熟的方式，电磁感应式成功的为无线充电开辟了市场，电磁共振式的理论基础则更为牢固，共振式原理随着技术的发展也可以实现无线充电，相信在不久的将来，无线充电会走进千家万户，人们也不会为“线”所烦恼。

参考文献

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