令人期待的无线充电技术
“无线充电”顾名思义就是利用一种特殊设备将电源插座的电力转变为可充电的电波，从而在扔掉电线的情况下直接对电子设备充电。由于电波的传输与设备的充电接口无关，所以如果无线充电技术一旦普及，我们将可能享受以下“福利”：
1.不受插座和线缆束缚，充电更方便。
2.充电器接口之争得到解决，不同品牌、不同接口充电器的时代宣告过去（我们知道现在这样的结果本就是人祸）。
3.没有了电线联结器，移动类电子设备体积进一步缩小。而且，由于设备外壳上没有金属接点或者开口，可以增强电子产品的防水性。
近在咫尺的无线充电技术
其实早在1890年，物理学家兼电气工程师尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）就已经做了无线输电试验。他提出并实现了交流发电。磁感应强度的国际单位制也是以他的名字命名的。特斯拉构想的无线输电方法，是把地球作为内导体、地球电离层作为外导体，通过放大发射机以径向电磁波振荡模式，在地球与电离层之间建立起大约8Hz的低频共振，再利用环绕地球的表面电磁波来传输能量。但因财力不足，特斯拉的大胆构想并没有得到实现。后人虽然从理论上完全证实了这种方案的可行性，但世界还没有实现大同，想要在世界范围内进行能量广播和免费获取也是不可能的。因此，一个伟大的科学设想就这样胎死腹中。
特斯拉进行无线电力传输实验
事实上，从低频波到宇宙射线，我们周围到处存在着电磁波，它们都携带着或多或少的能量。在不少物理学家看来，人们要做的或许仅仅是找到合适的办法接收和利用这些能量。特斯拉的想法虽然难成现实，但无线电能传输对于新能源的开发和利用、解决未来能源短缺问题有着重要的意义，因此，许多国家都没有放弃这方面的研究。1968年，美国工程师彼得·格拉泽（Peter Glaser）提出了空间太阳能发电（Space Solar Power，SSP）的概念，其构想是在地球外层空间建立太阳能发电基地，通过微波将电能传输回地球，并通过整流天线把微波转换成电能。1979年，美国航空航天局NASA和美国能源部联合提出太阳能计划—建立“SPS太阳能卫星基准系统”。欧盟则在非洲的留尼汪岛建造了一座10万千瓦的实验型微波输电装置，已于2003年向当地村庄送电。野心勃勃的日本拟于2020年建造试验型太空太阳能发电站SPS2000，2050年进入规模运行。
其实，无线充电技术离我们这些普通人也并非遥不可及。相信一定有人使用过某种品牌的电动牙刷（图3），只要将牙刷插入220V的充电座上即可实现不接触的无线充电，使用起来很方便。这种无线充电就是利用电磁感应原理，解决了潮湿环境下的用电安全问题。
无线电能传输有电磁感应、射频和微波三种基本方式，这三种技术分别适用于近程、中短程与远程电力传送。但每种无线充电方式都有一些缺点，从而限制了它的发展。例如电磁感应方式传送能量较小、传送范围较小等，这也是为什么电动牙刷必须放在充电座上才能充电，而不能将牙刷任意摆放的原因。所以，现在各家公司的研究方向就是对这些技术进行改良和完善，从而最终实现商品化。
感应“垫子”上市，无线充电梦想成真
香港城市大学的许树源教授早在几年前就曾经成功研制出一种“无线电池充电平台”，可将数个电子产品放在一个充电平台上，透过低频电磁场充电，充电时间与传统充电器无异，技术实现也不深奥。这种无线电池充电平台利用的就是变压器原理—变化的磁场中闭合的金属线圈会产生电流。而英国SplashPower公司2005年初上市的无线充电器Splash pads（图4），就是变压器原理商业化的无线充电产品。
Splash Pads看上去就像一块柔软的鼠标垫，它的塑胶薄膜里面装有产生磁场的小线圈阵列（变压器原边），以及由磁性合金绕以电线制成的口香糖大小的接收线圈（变压器副边，可以贴在电子设备上，图5）。在CES 2007上，WildCharge公司也推出了两款无线充电器产品WildCharger和WildCharger-Mini（图6）。WildCharge的无线充电器与SpashPower公司的产品外观非常相似，也是垫子模样的东西。WildCharger的功率较大，除了可以给手机和媒体播放器充电以外，还可以为笔记本电脑充电，而WildCharger-Mini毕竟个子小，只能给手机等小型设备充电。据称WildCharge公司将从最近开始在网上销售这类无线充电产品。
图5电磁感应方式的无线充电原理
共振，解决无线电力传输的距离问题
既然电磁感应方式实现并不复杂，为什么使用该类技术的无线充电器普及这么困难呢？简单地说，最大障碍就在“传输距离”方面。众所周知，传输电力即便通过金属线路传输，距离远了也会产生相当大的线路损耗，更别提通过空气传输了——距离增大以后感应的能量会迅速减少。可以想象，在一些特殊领域如果不能突破距离限制，无线充电已经毫无意义。例如植入体内的仪器，难道必须施行外科手术才能更换电池。太可怕了！还有那种安置在动物身上的无线定位装置，怎样为其补充电能也很关键。
为了在无线传输距离上有所突破，MIT的助理教授马林·索尔贾希克（Marin Soljacic）和他的研究小组在长达4年的实验研究中终于获得重大突破。他们在实验中使用了两个直径为50cm的铜线圈，通过调整发射频率使两个线圈在10MHz产生共振，从而成功点亮了距离电力发射端2m以外的一盏60W灯泡。而且，即使在电源与灯泡中间摆上木头、金属或其它电器，都不会影响灯泡发光（图7）。
图7两个线圈之间用木板隔断，对传输效果毫无影响
同时，MIT的科学家们还对无线电力传输理论进行了研究。他们确定了两个电磁线圈之间形成磁场强耦合的条件，并给出了富有启发性的结论：
a.可行性。通常情况下，电磁辐射具有发散性，相隔较远的接收器只能接收到发射能量的极小一部分。而当接收天线的固有频率与发射端的电磁场频率一致时，就会产生共振，此时磁场耦合强度明显增强，无线电力的传输效率大幅度提高。MIT的实验表明，当收发双方相隔2m时，传输60W功率的辐射损失仅为5W。因此，在几米内“中程”（相较于“近程”和“远程”而言）传输电力是可行的。
b.安全性。从电磁理论而方，人体作为非磁性物体，暴露在强磁场环境中不会有任何风险。医院对病人进行核磁共振检查时，磁场强度高达B～1T也不会伤害人体。相比之下，共振状态下磁场强度处于B～10-4 T数量级，仅相当于地磁场的强度，因此不会对人体构成危害（图8）。
图8索尔贾希克（第二排左一）与MIT研究小组成员在两个实验线圈之间留影，以消除人们对磁场辐射的担心。
墙内开花墙外香，射频充电器更胜一筹
就在MIT科学家的研究工作取得实质性进展的辉煌时刻，一家名为Powercast的公司突然推出了一种适合中短距离使用的无线充电装置。与前面提到的SplashPower和WildCharge两家公司的接触式充电器不同，Powercast公司的射频充电器不需要充电垫子，电子设备搁置在距离发送器约1m范围内的任何地方都可以充电。
Powercast公司的无线充电系统包括一个安装在墙上的发送器以及可以安装在电子产品上的接收器（图9、图10）。发送器这边利用915MHz频段把射频能量发送出去，而接收器则利用共振线圈吸收射频电波。
图9收发双方通过共振圈传输能量
图10 Powercast更先进的充电平台
小知识
目前国际上广泛采用的射频频率分布于低频（125KHz）、高频（13.54MHz）、超高频（850MHz～910MHz）和微波（2.45GHz）4个波段。无线射频识别（RFID）通常使用超高频波段的频率，而Wi-Fi信号则是使用频率为2.4GHz的微波。MIT研究小组在进行无线电力传输实验时采用的频率为4～10MHz。据说Powercast公司曾尝试过使用上述各种波段的射频电波进行电力传输，但只有当频率为900MHz左右时接收到的能量最强。
射频电能传输与老式的矿石收音机的收音过程相似。矿石收音机自身没有直流电源，它利用天线接收来自电台的载波，经过检波后在听筒中产生音频电流。Powercast公司声称，这个无线充电系统绝不比一部收音机复杂，而且造价低廉，基本接收装置成本只需5美元。依赖这样的技术优势，Powercast公司已与手机、MP3、汽车配件、体温表、助听器及人体植入仪器等产品的百多家生产厂商签署了合作协议，还会与飞利浦合作在今年年内推出无线充电的LED电筒、明年推出包括键盘/鼠标在内的更多无线电脑外设。
除了Powercast以外，制造射频充电器的还有Fulton和Visteon公司。Fulton公司开发了eCoupled无线充电技术，据说这种充电器与被充电产品都同样采用了共振感应技术，充电器能够自动地通过超高频电波寻找待充电电器，动态调整发射功率。目前，该公司正与Herman Miller家具公司联合开发备有无线充电器的办公桌。而Visteon公司则计划为Motorola手机和Apple的iPod生产eCoupled无线充电器。
相关思考
无线充电原理有没有利用价值？？
一、无线充电的发展历史
1. 19世纪30年代，迈克尔•法拉第就发现，周围磁场的变化将在电线中产生电流。
2. 19世纪90年代，爱迪生光谱辐射能研究项目的一名助手尼古拉•特斯拉就曾提出无线电力传输的构想。
3.香港城市大学电子工程学系许树源教授在早几年曾成功研制出“无线电池充电平台”，需要产品与充电器接触，它主要利用的是近场电磁耦合原理。
4.2007年，美国麻省理工学院的马林·索尔贾希克（Marin Soljacic）等人在无线传输电力方面取得了新进展，他们用两米外的一个电源，“隔地”点亮了一盏60瓦的灯泡。
5.最近，有几家公司已经生产出无线充电的手机、mp3、便携式电脑。
二、无线充电技术发展现状：
无线充电技术是近几年才开始发展起来的一个新兴行业，未来有着广阔的发展空间。无线充电联盟（Wireless Power Consortium）成立于2008年12月17日，其使命是为了创造和促进市场广泛采用与所有可再充电电子设备兼容的国际无线充电标准Qi。以安全性，能源及充电效率为出发点，无线充电联盟宣布将近距离电磁感应技术作为低功耗便携式电子设备充电的国际标准
1.2010年9月1日，全球首个推动无线充电技术的标准化组织——无线充电联盟在北京宣布将Qi无线充电国际标准率先引入中国。信息产业部通信电磁兼容质量监督检验中心也加入该组织
2.无线充电技术采用统一的工业标准，未来几年，手提电话、PMP/MP3播放器、数字照相机、手提电脑等产品都可以使用全新的低能耗、高兼容的相同的无线充电器。
3.这个充电器类似一个托盘直接插到电源上，获得联盟认证的带有“Qi”标识的不同品牌的手机直接放在上面就可完成充电
三、电动汽车无线充电技术工作原理：电磁感应式、磁场共振式、无线电波式
1.电磁感应式充电
电磁感应——初级线圈一定频率的交流电，通过电磁感应在次级线圈钟产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端
2.磁场共振
原理——由能量发送装置，和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振，它们就可以交换彼此的能量。
3.无线电波式充电
基本原理——类似于早期使用的矿石收音机，主要有微波发射装置和微波接收装置组成，如图，接收电路，可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量，在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。
Powercast公司研制出可以将无线电波转化成直流电的接收装置，可在约1米范围内为不同电子装置的电池充电。
四、电动汽车无线充电系统实际结构及原理图
系统由位于汽车外部主级电路和位于汽车的内部的次级电路、整流器以及驱动系统构成。通常在充电的时候，带有扁平铁芯的主级线圈，即耦合器，是通过手动的方式被插在次级铁芯中一个缝隙处，这样，能量就能够从安置在底层的主级电路被转换到电池中。
五、未来电动汽车无线充电技术展望
电磁感应式非接触充电系统存在以下三方面的问题：
1.送电距离比较短，如果两个线圈的横向偏差较大传输效率就会明显下降。目前来看只能实现传输距离为10cm左右，而底盘的距离明显与这个距离有着非常大的距离，因此这是一个很大的问题。需要考虑很多的散热问题，比如线圈之间的发热。 2.还有一个问题就是耦合的辐射问题，电磁波的耦合会不会存在大的磁场泄漏。电磁感应在线圈之间传输电力，如同我们的磁铁一样，在外圈有一定的泄漏，人如何避免受影响是个很大问题。 3.线圈之间也是有可能有杂物进入的，还有某些动物（猫狗）进入里面，一旦产生电涡流，就如同电磁炉一样，安全性问题非常明显。
磁场共振式供电充电系统：
目前技术上的难点是，小型、高效率化比较难。现在的技术能力大约是直径半米的线圈，能在1m左右的距离提供60w的电力。
一般来说，利用电磁感应原理的无线供电技术最具现实性，并且现在在电动汽车上有实际应用；磁场共振方式，则是现在最被看好、被认为是将来最有希望广泛应用于电动汽车的一种方式；电磁波送电方式，现在则提出了利用这种技术的“太空太阳能发电技术”。这种技术能应用的话，可以从根本上解决电力问题。
远程无线充电：
1997年由美国的罗纳德·佩里斯等研究人员在底特律汽车工程师协会展览会上提出。具体方案为：佩里斯设想利用一台无线发射器将电能转换成一种符合现行美国技术标准的特殊的微波束给移动中的电动汽车充电，汽车只要进入发射器工作范围，用安装在车顶的专用接收天线接收微波束即可。这样，给车辆充电就像使用车载电话一样方便。
应用：市内的公共电车上，发射器就安装在公共汽车站附近，这样行车途中就不必担心没电了。
太空发电站：
1968年，美国人格拉泽最早提出在离地面36000公里的地球静止轨道上，建造太阳能发电站的构想。构想具体为：利用铺设在巨大平板上的亿万片太阳电池，在太阳光照射下产生电流，将电流集中起来，转换成无线电微波，发送给地面接收站。地面接收后，将微波恢复为直流电或交流电，送给用户使用。
无线供电，使得电动汽车可以提供这么一种可能：一辆电动汽车从出厂到它报废为止，终生不用你去理会电力补充问题
电动汽车，在太阳能电池技术、无线供电技术、以及自动驾驶技术的支持下，完全可以颠覆现在的交通概念
N年以后，在高速公路上，车在自动行驶，而汽车、电脑、手机需要的所有电力都来自从路面下铺装的供电系统、或者来自汽车上的接收装置接收的电磁波。
个人理解：无线充电技术的发展是逐步进行的，小型的电子设备会是一个突破口。如果在手机、相机等一些便携设备上实现了无线充电，相信会对电动车的无线充电技术革新甙类一定的冲击。不过，就目前电动车得普及程度以及目前汽车工业对石油的依赖程度，短期内汽油被淘汰还是不太可能的。正如前面所述，任何一项技术都是逐步发展的，相信无线充电技术发展到一定程度，有了一定的利益前景并吸引更多的商家加入，无线充电技术必定有着广阔的利用空间。
