无线充电的前世今生！未来终将“无线”

完全有可能的. 100多年前，当特拉斯发明无线电力传输和接收的技术后，他遭遇了实验室莫名其妙地被人烧毁、投资人撤资、合伙人拆散等一系列变故。 电网的职能是将发电厂(站)的电能输送至所需电能的地区和用户。目前世界上都采用电线电缆输送电能，这是自爱迪生建成世界上第一个发电厂和第一个供电系统以来的常规做法。其优点是传输电能效率高、损失低、可靠性好。缺点是架设电网、铺设电缆、电线安装、电塔电杆的工程浩大，投入巨大，遇到河流山脉等天然障碍那更是困难重重。但人类为了使用电力不惜代价投入巨资克服重重困难，逐步建成了今天的电网，为电气时代打下了坚实的基础。100多年前无线供电昙花一现 电网线路靠电线电缆传输的限制在电力供应基础设施面世之初就显现出来了，于是与爱迪生同时代的同获诺贝尔物理奖的克罗地亚人尼古拉·特斯拉在目睹早期的供电网络之后，萌发了发明无线供电的想法并开始进行研发。特斯拉是交流电的发明人，也是交流发电机、变压器等电工设备的发明人。他发明无线供电是参照无线电信号发射和接受的原理来进行试验的。 据美国当时的媒体报道和相关文献记载，他能将几公里以外的电灯点亮。正当他进一步研发该技术时，他经历了实验室莫名其妙地被人烧毁、投资人撤资、合伙人拆散等一系列变故，无力再进行该试验。到晚年穷困潦倒贫病交加，更是没有能力完成这项试验。关于这些试验资料已经不可能找到，使无线供电成为一个悬案，一个争议。 人们普遍认为，无线电发射和接收之所以成功是因为它们均以电信号为传输载体。而电力传输的是点的能量。两者的质量不同不能相提并论，故无线电发射接收电信号成功了，而无线传输电力没有成功。另外有人认为大地是一个天然接地体，电能在大气中传输都被大气引入土壤之中了。因此无线供电方式是不可能实现的。电能无线传输在发电机、电动机、变压器、磁浮列车、自动仓库物品输送、手机充电座等方面是广泛应用的纯熟技术，但它们不是传输电能而是磁能，即先将电能转化为磁能，将磁能从一个线圈发射到另一个接收线圈，然后该磁能再转化成电能，这样形成了电能的最终传输，而且传输距离仅为几个毫米。如电动机的定子线圈和转子线圈之间的间隙仅为几个毫米，变压器原边和副边的距离也仅为几个毫米，大于此距离失效而无法工作。点亮60厘米外的灯泡 2007年，就在特斯拉无线供电试验之后的100多年，人们逐渐淡忘了此事，而业内普遍将此事视为无法实现而不再谈论之际，美国麻省理工学院一个研发小组向世界公布了他们的发明:供电与受电两个线圈相距60厘米，能使一个60瓦的灯泡点亮。其技术原理是:两个线圈工作频率相同，当供电线圈在供电时产生振动，受电线圈就会因产生共振而受电使灯泡点亮。故称为“同频共振”原理。 此事受到了业内关注，随后该团队完善了技术，并组建公司专门生产用于室内电器的电能传输设备，改变目前室内电器需要电线传输电能的状况。一个房间只需一个相当功率的发射线圈供电，其余室内电器只需配备受电线圈就能方便地使用相关电器，而不必再拖电线了。虽然这种产品目前尚未上市，但研发正在进行中。麻省理工的无线供电技术适用于室内和有限空间内，而用于电力传输需要更远距离更大功率，这就需要进一步研发和试验。 电网公司对于无线供电而言，具有减少线路跨越障碍的优点，能减少电网架设工程，能像无线发射塔一样发射电能后覆盖方圆若干公里的空间，在此范围内用户配电间只需安装一个接收天线就能将电能无线引入用电设备中去，如看电视听收音机那样自如。另外供电干线间有一个供电发射塔传至另一个发射塔，两发射塔之间距离跨度大，对跨越江河湖泊山头山沟是个有效的手段。 电网企业都有专业的电力科研院所，人才济济，同时电网企业为国有大企业，实力雄厚，用于无线供电的研发费用充裕，只要确定了研发目标就能马上投入。至于某些物理问题和应用问题，可以与外界合作共同努力一定会取得进展。当然无线供电研发难度不小:周期多长何时实用，这些都是未知数，但若不进行研发未来先行者成功用于实用时我们只能高价购买了。无线供电技术国外已走在我们前面，同时国内也有人进行研究，国内研发团队急需如电网企业这样的用户和投资人合作和支持，因此笔者以研发者身份，呼吁电网企业不要失去机遇不要袖手旁观，赶快进入研发行动中来。 参考资料:南方电网公司-电能无线传输不是梦

最开始的时候，是诺基亚把这个功能放到了手机上，但那时候无线充电速度慢的问题一直没有得到缓解，使用体验不够好，所以知道它的人也不多。后来三星等手机品牌虽然也有在做这个技术，但从未加大宣传过，买过手机的甚至都不知道它能无线充电。直到苹果在iPhone 8/X上使用无线充电，并且在发布会上强调后，这项技术才真正走进了大众的视野。苹果给它起了个好头，而无线充电研发公司也应市场需求大力开发新技术，听说国内微鹅现在都推出无线充电速度和线充保持一致的标准Qi了，还是很给力的。只要后续技术更新能跟得上用户需求，手机无线充电的未来其实还是非常值得期待的。

自Google于2012年推出自家旗舰智能手机LG E960（Nexus 4，由LG电子设计与制造）开始，手机无线充电也被推进到大众的视野当中。手机轻轻放在充电半球上，手机不用做任何操作就可以充上电。第一次见到无线充电，真是感觉不能再神奇了，方便实用！

三星S6 edge无线充电

显然，无线充电技术没有仅限于随身电子产品的充电中。其实，早在1890年，塞尔维亚裔美籍发明家、物理学家，著名的科学家尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）就已经做了无线输电传输的试验，第一次实现了人为的交流发电。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。只可惜特斯拉生活的时代还没有实现大同，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，一个伟大的科学设想就这样胎死腹中。

2007年6月7日，麻省理工学院的研究团队在美国《科学》杂志的网站上发表了研究成果，研究小组把共振运用到电磁波的传输上而成功“抓住”了电磁波，利用铜制线圈作为电磁共振器，一团线圈附在传送电力方，另一团在接受电力方。传送方送出某特定频率的电磁波后，经过电磁场扩散到接受方，电力就实现了无线传导。这项被他们称为“无线电力”的技术经过多次试验，已经能成功为一个两米外的60瓦灯泡供电。这一巨大的突破迅速推动了无线充电的研究和应用，很快形成了不同的无线充电技术，在不同领域发挥作用。

目前主流的充电标准有5种：Qi标准、Power Matters Alliance(PMA)标准、Alliance forWireless Power(A4WP)标准、iNPOFi技术、Wi-Po技术。

Qi是全球首个推动无线充电技术的标准化组织--无线充电联盟(Wireless Power Consortium,简称WPC)推出的“无线充电”标准，具备便捷性和通用性两大特征。Power Matters Alliance标准是由Duracell Powermat公司发起的，而该公司则是由宝洁与无线充电技术公司Powermat合资经营，拥有比较出色的综合实力。除此以外，Powermat还是Alliance for Wireless Power(A4WP)标准的支持成员之一。A4WP是Alliance for Wireless Power标准的简称，由美国高通公司、韩国三星公司以及前面提到的Powermat公司共同创建的无线充电联盟。

而iNPOFi（“invisible power field”，即“不可见的能量场”）无线充电是一种新的无线充电技术，其无线充电系列产品采用智能电传输无线充电技术。与现有其他的无线充电技术相比，iNPOFi没有辐射，采用电场脉冲模式，不产生任何辐射，中国泰尔实验室测试结果显示，辐射增加值近乎零。在高效方面，泰尔试验室还测定，该技术的产品，充电传输效率高达90%以上，彻底改变了传统无线充电最高70%以下电转换低效率问题。Wi-Po技术，为Wi-Po磁共振无线充电技术。它利用高频恒定幅值交变磁场发生装置，产生6.78MHz的谐振磁场，实现更远的发射距离。该技术由于使用的载体为空间磁场，能量不会像电磁波那般发射出去，所以不会对人体造成辐射伤害。

分析以上五种充电标准，市场比较主流的无线充电技术主要通过三种方式，即电磁感应、无线电波、以及共振作用。Qi即采用了最为主流的电磁感应技术。在技术应用方面，中国公司已经站在了无线充电行业的最前沿。据悉，Qi在国内的应用产品主要是手机，这是第一个阶段，以后将发展运用到不同类别或更高功率的数码产品中。

但凡事都有两面，无线充电技术虽然有诸多吸引人的地方，但也有目前技术发展和使用需求上的限制。虽然利用无线磁电感应充电的设备可做到隐形，而且设备磨损率低、应用范围广，同时技术含量高、操作方便，可实施相对来说远距离无线电能的转换，但是设备的经济成本投入较高，维修费用也会提升，而且电磁的能量转换效率随着距离的增加而急剧降低（电磁的空间磁损率太大），虽然后续的技术发展会逐渐改善这一问题，但是较长距离的使用依然会带来巨大的无用功损耗。

不过，无线充电注定代表着未来。如同通信方式从有线电话到移动电话，固定网络发展到无线Wi-Fi，性能上可能无线还不及有线连接强大稳定，但是在实用性方面无线技术终将成为主流。

超声波无线充电技术

未来的无线充电技术，必将是越来越高效便捷的。目前最新的无线充电技术，如Wi-Fi无线充电（美国华盛顿大学研发），试验阶段已经能够实现10米距离的有效供电；全新的超声波无线充电，该技术的发起公司uBeam已获得Yahoo CEO Marissa Mayer、Founders Fund以及Andreessen Horowitz等在内共计170万美元种子轮融资；聚焦光线来充电（微软研究院），自动定位电子产品并聚焦Led光线进行充电。

这些新技术都如雨后春笋般涌现，不断地刷新无线充电技术的可行性和实用性。我们有理由相信，未来，终将是“无线”的！

出品：科普中国

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