无线充电技术解析

随着生活中的笔记本、手机、MP4、数码相机、PSP等电子设备越来越多，在不知不觉中各种"理不清"的线缆以及需要事先布置好的插座却给我们带来了与日俱增的困扰。尽管目前已经有红外、射频、蓝牙等无线数据传输方式可以减少线缆数量，但基于最基本的电力能源供应仍基于有线传输，"蛛网缠身"的感觉挥之不去。近来，科技的迅速发展让无线电力传输研究有了很大突破，为电子设备无线充电也已成为了可能，真正实现了"无线"的意义。

游戏中的电磁波武器

提起无线充电，可以从最早的特斯拉线圈说起。大家一定对《红色警戒2》游戏中的特斯拉塔影响颇深，这种杀伤力极大的武器就是根据特斯拉线圈的雏形幻想而来。美籍科学家尼古拉•特斯拉在1891年发明"特斯拉线圈"，这种装置可以产生频率很高的无线高压电流，不过该高压电的电流极小，对人体不会产生较大的生理影响。

特斯拉线圈由线圈、打火器、电容和升压变压器组成

从原理来看，在特斯拉线圈中，电源要先给主电容充电，当电压达到打火器的放电阀值时，打火器间隙的空气开始电离打火，近似导通，使初级谐振回路建立，开始振荡，向次级回路传递能量。次级回路随即起振，接收能量。几个周波后，初级回路能量释放完毕。此时，较大部分的能量都转移到次级回路上，一部分能量损耗在回路上。特斯拉线圈放电频度都在每秒100次以上，所以使肉眼看上去为类似闪电的连续放电效果。在当时，特斯拉就利用这些线圈进行一系列创新实验，如电气照明、荧光光谱、X射线、电疗等，从而开创了无线电力传输的先河。但是因为投资巨大，这项技术"胎死腹中"，最终只是出现在科幻小说或游戏中。

彻彻底底地实现"无线"

1.不同的传输方式

虽然特斯拉线圈在当时并没有得到推行，但后人从理论上完全证实了这种方案的可行性，经过多年研究，科学家们认为进行无线电力传输是可能的。无线电力传输是一种区别于有线传输的特殊供电方式，目前它存在电磁感应、电磁共振和微波三种不同的方式，这三种技术分别适用于近程、中短程与远程电力传送。

其中电磁感应是将线圈中的电流直接以电磁波形式进行1cm以下的近距离收发，收发设备需要有较高的识别能力，由于电磁波是向四面八方辐射而大量散失，因此效率较低，通常它只适合相互"贴着"的小功率电子产品。电磁共振方式是利用电流通过线圈产生同频率的磁场共振实现无线供电，磁场的强弱决定了它的传输距离和效率，它可以实现10m左右距离的室内供电。微波方式是将电力以微波或激光形式发射到远程的接收设备，然后通过整流、调制等处理后使用。几种技术各有特点，近来电磁感应和电磁共振技术取得了突破，更适合我们平时的日常应用。

2.利用磁场产生电能

在中学的物理课本上，我们都知道电力是由线圈旋转切割磁场产生的。当两个设备中分别使用了一个具备振荡电路特性的线圈组成一对收发天线，让其中一个天线发送能量，另一个天线则接收能量。当向其中的发送线圈加载数兆赫兹的交流电场之后，其天线周围产生磁场，通过相同频率共振向处于一定距离之外的另一根天线传输电力，从而实现了无线电力传输。Intel西雅图实验室就试制出了这样的磁场耦合共振电力收发器，可以在两米距离内无线给60W灯泡提供电力。Intel首席技术官Justin Rattner表示，未来可以将无线充电装置安装在办公桌内部，只要将笔记本、手机等放在桌上就能够立即供电。

磁场耦合共振电力收发器点亮灯泡

在未来，我们可以将无线充电装置放在办公室、旅馆和机场的顶部，只要身处发射共振有效工作距离之内，就能立即为笔记本、手机无线充电，就像现在已经十分普及的WiFi无线上网一样简单。我们不再需要随身携带充电器，不再为各种不匹配的接口而发愁，也不必为延长待机时间而使用笨重的电池了。或者我们可以在自家的墙上安装一个电力发射器，这样所有的家用电器也可以实现无线充电。

微软设计出无线供电桌面，只需将笔记本、手机等随意放置在桌面上便会自动地开始供电

3.线圈决定效率

Intel等众多研发团队正在考虑如何将无线充电系统嵌入小型设备中，这需要克服诸多难题，如接收装置的大小、传输距离的局限、传输过程中能量的损耗等。无论是电磁感应，还是电磁共振技术，效率都和产生磁场的线圈大小有关。如果要将它内置到充电装置和笔记本、手机等便携设备中，就必须精简线圈尺寸，由此发送和接收效率自然也会随之下降，由此需要更先进的控制芯片以及收发电路设计使无线电能的传输效率提升到75%以上，从而让无线供电的效率更高，充电时间更短。

同时，距离也是无线电力传输