解決無線電力傳輸 - 無線充電技術(shù)的發(fā)展

　　既然電磁感應(yīng)方式實現(xiàn)并不復(fù)雜，為什么使用該類技術(shù)的無線充電器普及這么困難呢？簡單地說，最大障礙就在“傳輸距離”方面。眾所周知，傳輸電力即便通過金屬線路傳輸，距離遠(yuǎn)了也會產(chǎn)生相當(dāng)大的線路損耗，更別提通過空氣傳輸了--距離增大以后感應(yīng)的能量會迅速減少。可以想象，在一些特殊領(lǐng)域如果不能突破距離限制，無線充電已經(jīng)毫無意義。例如植入體內(nèi)的儀器，難道必須施行外科手術(shù)才能更換電池。太可怕了！還有那種安置在動物身上的無線定位裝置，怎樣為其補充電能也很關(guān)鍵。

　　為了在無線傳輸距離上有所突破，MIT的助理教授馬林·索爾賈希克（Marin Soljacic）和他的研究小組在長達(dá)4年的實驗研究中終于獲得重大突破。他們在實驗中使用了兩個直徑為50cm的銅線圈，通過調(diào)整發(fā)射頻率使兩個線圈在10MHz產(chǎn)生共振，從而成功點亮了距離電力發(fā)射端2m以外的一盞60W燈泡。而且，即使在電源與燈泡中間擺上木頭、金屬或其它電器，都不會影響燈泡發(fā)光（圖7）。

圖7兩個線圈之間用木板隔斷，對傳輸效果毫無影響

　　同時，MIT的科學(xué)家們還對無線電力傳輸理論進(jìn)行了研究。他們確定了兩個電磁線圈之間形成磁場強(qiáng)耦合的條件，并給出了富有啟發(fā)性的結(jié)論：

　　a.可行性。通常情況下，電磁輻射具有發(fā)散性，相隔較遠(yuǎn)的接收器只能接收到發(fā)射能量的極小一部分。而當(dāng)接收天線的固有頻率與發(fā)射端的電磁場頻率一致時，就會產(chǎn)生共振，此時磁場耦合強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，無線電力的傳輸效率大幅度提高。MIT的實驗表明，當(dāng)收發(fā)雙方相隔2m時，傳輸60W功率的輻射損失僅為5W。因此，在幾米內(nèi)“中程”（相較于“近程”和“遠(yuǎn)程”而言）傳輸電力是可行的。

　　b.安全性。從電磁理論而方，人體作為非磁性物體，暴露在強(qiáng)磁場環(huán)境中不會有任何風(fēng)險。醫(yī)院對病人進(jìn)行核磁共振檢查時，磁場強(qiáng)度高達(dá)B～1T也不會傷害人體。相比之下，共振狀態(tài)下磁場強(qiáng)度處于B～10-4 T數(shù)量級，僅相當(dāng)于地磁場的強(qiáng)度，因此不會對人體構(gòu)成危害（圖8）。

圖8索爾賈?？耍ǖ诙抛笠唬┡cMIT研究小組成員在兩個實驗線圈之間留影，以消除人們對磁場輻射的擔(dān)心。

　　4 長江后浪推前浪，射頻充電器更勝一籌

　　就在MIT科學(xué)家的研究工作取得實質(zhì)性進(jìn)展的輝煌時刻，一家名為Powercast的公司突然推出了一種適合中短距離使用的無線充電裝置。與前面提到的SplashPower和WildCharge兩家公司的接觸式充電器不同，Powercast公司的射頻充電器不需要充電墊子，電子設(shè)備擱置在距離發(fā)送器約1m范圍內(nèi)的任何地方都可以充電。

　　Powercast公司的無線充電系統(tǒng)包括一個安裝在墻上的發(fā)送器以及可以安裝在電子產(chǎn)品上的接收器（圖9）。發(fā)送器這邊利用915MHz頻段把射頻能量發(fā)送出去，而接收器則利用共振線圈吸收射頻電波。

圖9收發(fā)雙方通過共振圈傳輸能量

　　5 Tips

　　目前國際上廣泛采用的射頻頻率分布于低頻（125KHz）、高頻（13.54MHz）、超高頻（850MHz～910MHz）和微波（2.45GHz）4個波段。無線射頻識別（RFID）通常使用超高頻波段的頻率，而Wi-Fi信號則是使用頻率為2.4GHz的微波。MIT研究小組在進(jìn)行無線電力傳輸實驗時采用的頻率為4～10MHz。據(jù)說Powercast公司曾嘗試過使用上述各種波段的射頻電波進(jìn)行電力傳輸，但只有當(dāng)頻率為900MHz左右時接收到的能量最強(qiáng)。

　　射頻電能傳輸與老式的礦石收音機(jī)的收音過程相似。礦石收音機(jī)自身沒有直流電源，它利用天線接收來自電臺的載波，經(jīng)過檢波后在聽筒中產(chǎn)生音頻電流。Powercast公司聲稱，這個無線充電系統(tǒng)絕不比一部收音機(jī)復(fù)雜，而且造價低廉，基本接收裝置成本只需5美元。依賴這樣的技術(shù)優(yōu)勢，Powercast公司已與手機(jī)、MP3、汽車配件、體溫表、助聽器及人體植入儀器等產(chǎn)品的百多家生產(chǎn)廠商簽署了合作協(xié)議，還會與飛利浦合作在今年年內(nèi)推出無線充電的LED電筒、明年推出包括鍵盤/鼠標(biāo)在內(nèi)的更多無線電腦外設(shè)。