蘇曉軍+杜宇

摘 要：隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)是一個(gè)電子產(chǎn)品的時(shí)代，各種電子產(chǎn)品如數(shù)碼照相機(jī)、手機(jī)、筆記本電腦，平板電腦等便攜式電子產(chǎn)品越來越多，而這些電子產(chǎn)品都要有與之相匹配的充電器才能安全充電。這樣就無形中給使用者帶來了極大的不便。究其原因就是充電的不通用性。和有線充電相比無線充電具有的最大的優(yōu)勢就是可以多機(jī)共用。這就有效解決了這個(gè)問題。

關(guān)鍵詞：無線充電；無線能量傳輸

1引言

隨著信息時(shí)代的到來，電能作為清潔能源越來越被人看中，而與之伴隨的電子產(chǎn)品同樣也越來越多，比如手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)、平板電腦汽車導(dǎo)航儀等，現(xiàn)在成為了我們生活中不可缺少的日常用品。當(dāng)然現(xiàn)如今更是追求大屏幕、高性能，這就使得這些電子產(chǎn)品的耗能越來越多。而當(dāng)今的電池技術(shù)并沒有隨之有很大的變化，一方面是增大電池的容量也就是增大電池的體積，甚至還另外配置充電寶，但是這樣同樣也帶來了很大的問題，比如不方便攜帶、浪費(fèi)資源、造成很大的污染等。另一方面是電池的規(guī)格不同需要不同的充電裝置，這樣同樣會(huì)造成攜帶不方便，資源浪費(fèi)。

在這樣的背景下人們就更加急迫的需要一種通用的體積更加小，也就是輕巧便攜的電池，這樣的背景下無線充電鋰電池就呼之欲出了，經(jīng)過數(shù)年的演進(jìn)后無線充電的技術(shù)已經(jīng)有一些雛形產(chǎn)品的開始出現(xiàn)在市場了，可以說無線充電技術(shù)已經(jīng)受到年輕一代人的關(guān)注。無線充電技術(shù)的出現(xiàn)除了解決現(xiàn)今電池技術(shù)跟不上產(chǎn)品的進(jìn)展，滿足人們的用電需求外還將所有用電的電子產(chǎn)品的電池規(guī)格統(tǒng)一化，解決電池的通用問題。除此之外鋰電池?zé)o線充電系統(tǒng)還有一些優(yōu)點(diǎn)比如：滿足了某些特殊場合下的使用、使電子產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上省去充電口，這樣使得避免灰塵的進(jìn)入和防水的功能。

2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

相對來說國外對無線能量傳輸技術(shù)的研究很早。大功率（幾千到上千千瓦）的無線充電產(chǎn)品一般用于電動(dòng)汽車和軌道交通等領(lǐng)域。中小功率（幾十毫瓦到上千瓦）的無線充電技術(shù)一般用于醫(yī)療設(shè)備、家庭電器、便攜設(shè)備等領(lǐng)域。

最早在1890年時(shí)，克羅地亞的物理學(xué)家、發(fā)明家—尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）就大膽的提出了一個(gè)想法：把地球當(dāng)做一個(gè)導(dǎo)體，在地球的電離層和地球的地面之間建立起一個(gè)低頻共振系統(tǒng)，利用電磁波進(jìn)行遠(yuǎn)距離的電力傳輸，并且他準(zhǔn)備把這一個(gè)想法付諸實(shí)踐?？上ё罱K因?yàn)檫@個(gè)研究的危險(xiǎn)系數(shù)過高而撤消了研究經(jīng)費(fèi)從而導(dǎo)致這項(xiàng)研究無法進(jìn)行下去，但是卻激起了人們對無線充電技術(shù)的渴望。在此之后的幾十年里各個(gè)國家的研究員都開始對無線能量傳輸技術(shù)進(jìn)行了一些的研究，并且在這個(gè)領(lǐng)域也取得一些很不錯(cuò)的收獲。

在2007年以麻省理工為代表的研究團(tuán)隊(duì)利用電磁共振技術(shù)相隔兩米的距離點(diǎn)亮了一個(gè)60瓦的燈泡。功率傳輸?shù)男蔬_(dá)到了40%～50%，當(dāng)線圈的距離被減小成一米時(shí)效率達(dá)到了90%左右。

二十世紀(jì)九十年代奧克蘭大學(xué)的Boys教授最先提出了感應(yīng)耦合電能傳輸（Iductive Power Transfer）這一個(gè)技術(shù)，并將它在大功率軌道交通供電領(lǐng)域開始應(yīng)用。其中一個(gè)應(yīng)用在公路的發(fā)光分道貓眼系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)在新西蘭惠靈頓大隧道中正常運(yùn)行了。另一個(gè)也在Rotorua國家的地?zé)峁珗@的30kW載人電動(dòng)列車上獲得了應(yīng)用，并且獲得了成功，列車軌道全長是400m，軌道與列車的氣隙是120mm，功率傳輸效率在85%左右，這個(gè)載人電動(dòng)列車是世界上到目前為止建造的最大的無線供電系統(tǒng)之一。并且據(jù)了解這種無線供電技術(shù)也應(yīng)用在了電動(dòng)游船的驅(qū)動(dòng)裝置。

日本大阪DAIFUKU公司的無線充電技術(shù)在自動(dòng)運(yùn)貨車和單軌道運(yùn)行貨車上也同樣獲得了成功。特別是一些環(huán)境惡劣的地方，比如水下和礦井。

美國通用汽車的子公司Delco Electronics所研制的Magne-ChargeTM是世界上最先實(shí)現(xiàn)無線供電技術(shù)的商業(yè)化電動(dòng)汽車之一，擁有很好的應(yīng)用前景。

相對來說中國的無線充電技術(shù)起步要比國外晚的多，可以說才剛剛開始。目前主要還集中在理論研究上，中國科學(xué)院、重慶大學(xué)、西安交通大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等中國高校也開始著手于對無線充電技術(shù)的研究，并且也已經(jīng)發(fā)表了一些相應(yīng)的學(xué)術(shù)型文章，取得了一些成就，但是主要還是研究原副邊的電路拓?fù)洹⒖煞蛛x變壓器性能分析、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的分析、系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析等。在實(shí)驗(yàn)方面，重慶大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)與新西蘭研究機(jī)構(gòu)通過密切合作，在實(shí)驗(yàn)室中成功實(shí)現(xiàn)了能量數(shù)百瓦的無線能量傳遞，這是我國在無線供電的研究中對輸出功率的一大突破，并且該裝置還實(shí)現(xiàn)了1對n的供電模式。但是市場上還沒有成熟的產(chǎn)品出現(xiàn)。

相對來說香港和臺灣地區(qū)就更加偏重于無線能量傳輸?shù)膶?shí)用性，比如，香港城市大學(xué)的許樹源教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組所研究的“非接觸電池充電平臺”可以同時(shí)對數(shù)個(gè)不同類型的電子產(chǎn)品充電。香港理工大學(xué)的王軍華博士對電磁諧振耦合無線能量傳輸和感應(yīng)耦合無線能量傳輸進(jìn)行了研究，他設(shè)計(jì)并制作出了對稱平面諧振器，并且對其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

總的來說，當(dāng)今國內(nèi)學(xué)者更多是將研究領(lǐng)域定在如何提高無線供電的傳輸效率和如何增大傳輸功率上。而相應(yīng)的產(chǎn)品基本上沒有涉及。有的僅僅是個(gè)別企業(yè)就自己擅長的領(lǐng)域做出了一些概念型產(chǎn)品。

3無線充電的優(yōu)勢與現(xiàn)存缺點(diǎn)

與現(xiàn)在的有線充電技術(shù)相比，無線充電技術(shù)在滿足用戶對電子產(chǎn)品續(xù)航的需求上更有競爭力，能帶給用戶更多的的現(xiàn)代化體驗(yàn)。但是不能只憑這方面就說明無線充電就比有線充電更好。其實(shí)兩種充電方式各有應(yīng)用場合，有線充電和無線充電的優(yōu)缺點(diǎn)有以下說明：

有線充電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：①電能的傳輸效率高，并且對環(huán)境沒有危害。②能直接將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，并且是在低頻條件下完成，對外沒有輻射。③電壓，電流，功率轉(zhuǎn)化容易實(shí)現(xiàn)多種場合的使用。④技術(shù)要求低，成本低，容易培養(yǎng)相關(guān)技術(shù)人員。

有線充電技術(shù)的缺點(diǎn)：①產(chǎn)品與充電器要匹配，多種電子產(chǎn)品往往要用多個(gè)充電器這樣會(huì)造成資源浪費(fèi)。②電子產(chǎn)品要預(yù)留充電口，從而會(huì)造成進(jìn)灰進(jìn)水等安全隱患。③多種充電器也會(huì)使用戶的體驗(yàn)感下降。

無線充電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：①產(chǎn)品的充電器可以通用，一塊充電板就可以對所有種類的無線充電設(shè)備進(jìn)行充電。②用戶所有設(shè)備只用一個(gè)充電器，大大提高了用戶體驗(yàn)。③可以設(shè)計(jì)出壽命長的電子產(chǎn)品，因?yàn)殡娮赢a(chǎn)品外殼可以做到全封閉，此時(shí)電子產(chǎn)品不會(huì)受到空氣中水，氧氣以及灰塵的腐蝕。④對嵌入式醫(yī)療設(shè)備而言更加安全，對嵌入人體的醫(yī)療設(shè)備來說，通過皮膚充電比電纜穿過人體充電減少了感染的風(fēng)險(xiǎn)。⑤方便，不必連接充電線直接放到充電板上充電。⑥耐用，與有線充電相比無線充電不用頻繁的拔插設(shè)備，從而使擁有無線充電技術(shù)的設(shè)備更加耐用。

無線充電技術(shù)的缺點(diǎn)：①成本較高，市場推廣較為困難。②效率偏低，會(huì)產(chǎn)生廢熱。③充電緩慢，由于充電效率偏低所以無線充電的充電速度相對而言較為緩慢。④不方便，當(dāng)移動(dòng)設(shè)備使用有線技術(shù)充電時(shí)，使用者可以隨意的移動(dòng)設(shè)備，而使用無線充電技術(shù)時(shí)設(shè)備只能放在充電板上不能隨意移動(dòng)，充電時(shí)不能隨意使用。⑤技術(shù)要求高，相關(guān)技術(shù)人才不易培養(yǎng)，同時(shí)維修問題也比較麻煩。⑥有輻射污染，無線充電需要將交流電轉(zhuǎn)直流電再轉(zhuǎn)高頻交流電、最后才能轉(zhuǎn)化成所用的直流電，這就造成了高頻輻射的問題。

從以上的對比來看，無線充電技術(shù)能帶給人們很大的便利。①使用無線充電技術(shù)后出行時(shí)不用攜帶一堆各種各樣的充電器，只需要帶一個(gè)充電板即可。②在某些特殊場合下無線充電技術(shù)就顯得尤為重要。比如某些埋在地下，植在墻壁中，沉在水里的傳感器，更甚至有一些植在人體中的醫(yī)療設(shè)備（如心臟起搏器等）。為了給他們供電必須取出傳感器、心臟起搏器等這樣就造成很大的不方便，甚至對于病人更有很大危險(xiǎn)，而無線充電技術(shù)就能很好的解決這些問題。③由國外的一些在交通方面的實(shí)際應(yīng)用說明了在解決城市交通方面來說，無線充電也有很大的發(fā)展空間。④正如上面說的無線充電優(yōu)點(diǎn)中第三點(diǎn)所說，無線充電技術(shù)可以解決電子設(shè)備插口的安全隱患。比如手機(jī)掉進(jìn)水里進(jìn)水后手機(jī)肯定不能用，除此外，手機(jī)長期使用也會(huì)使空氣中水蒸氣、灰塵、氧氣進(jìn)入手機(jī)使手機(jī)的工作狀態(tài)不穩(wěn)定，生命周期減短有的甚至使手機(jī)短路燒壞手機(jī)，甚至發(fā)生爆炸。

綜上所述，無線充電技術(shù)對人們生活是極為重要的，是值得研究與開發(fā)的。