無線充電技術(shù)，即Wireless charging technology，是指具有電池的裝置不需要借助于電導(dǎo)線，利用電磁波感應(yīng)原理或者其他相關(guān)的交流感應(yīng)技術(shù)，在發(fā)送端和接收端用相應(yīng)的設(shè)備來發(fā)送和接收產(chǎn)生感應(yīng)的交流信號來進行充電的一項技術(shù)，源于無線電力輸送技術(shù)。

無線充電技術(shù)的研究，源于19世紀30年代，邁克爾-法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，即磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而在電線中產(chǎn)生電流。但最早的無線電力傳輸思想是尼古拉-特斯拉（Nikola Tesla） 在19世紀90年代提出的無線電力傳輸構(gòu)想和無線輸電試驗，因而有人稱之為無線電能傳輸之父。

技術(shù)原理

從具體的技術(shù)原理及解決方案來說，目前無線充電技術(shù)主要有電磁感應(yīng)式、磁共振式、無線電波式、電場耦合式四種基本方式。這幾種技術(shù)分別適用于近程、中短程與遠程電力傳送。

各種無線充電方式都有各自的特點，具體比較如表1所示。

表1 無線充電各種原理方案的比較

當前最成熟、最普遍的是電磁感應(yīng)式。其根本原理是利用電磁感應(yīng)原理，類似于變壓器，在發(fā)送端和接收端各有一個線圈，初級線圈上通一定頻率的交流電，由于電磁感應(yīng)在次級線圈中產(chǎn)生一定的電流，從而將能量從傳輸端轉(zhuǎn)移到接收端，如圖1所示。PWC聯(lián)盟發(fā)起者Powermat公司用電磁感應(yīng)式推出過一款WiCC充電卡，與SD卡差不多大，內(nèi)部嵌有線圈和電極等組件，插入現(xiàn)有智能手機電池旁邊即可使用。

圖1 電磁感應(yīng)式無線充電原理

磁共振式無線充電#e#

磁共振式也稱為近場諧振式，由能量發(fā)送裝置，和能量接收裝置組成，當兩個裝置調(diào)整到相同頻率，或者說在一個特定的頻率上共振，它們就可以交換彼此的能量，其原理與聲音的共振原理相同，排列在磁場中的相同振動頻率的線圈，可從一個向另一個供電，如圖2。技術(shù)難點是小型化和高效率化，被認為是將來最有希望廣泛應(yīng)用于電動汽車無線充電的一種方式。

圖2 磁共振式無線充電示意圖

無線電波式，基本原理類似于早期使用的礦石收音機，主要有微波發(fā)射裝置和微波接收裝置組成。典型的是20世紀60年代布朗（William C. Brown）的微波輸電系統(tǒng)，其示意圖如圖3。整個傳輸系統(tǒng)包括微波源、發(fā)射天線、接收天線3部分;微波源內(nèi)有磁控管，能控制源在2. 45 GHz頻段輸出一定的功率;發(fā)射天線是64個縫隙的天線陣，接收天線擁有25%的收集和轉(zhuǎn)換效率。日本龍谷大學(xué)的移動式無線充電系統(tǒng)，也是通過頻率為2.45GHz 的微波送電，點亮了行駛中的模型警車的警燈。

圖3 無線電波式電能傳輸

電場耦合式利用通過沿垂直方向耦合的兩組非對稱偶極子而產(chǎn)生的感應(yīng)電場來傳輸電能，其基本原理是通過電場將電能從發(fā)送端轉(zhuǎn)移到接收端。這種方式主要是村田制作所采用，具有抗水平錯位能力較強的特點。

[導(dǎo)讀]支持無線充電的智能手機從2011年夏季前后開始上市。任何廠商的任何機型均可使用的“Qi”規(guī)格將成為全球標準。停車即可充電的EV（電動汽車）用充電系統(tǒng)也在推進研發(fā)。

支持無線充電的智能手機從2011年夏季前后開始上市。任何廠商的任何機型均可使用的“Qi”規(guī)格將成為全球標準。停車即可充電的EV（電動汽車）用充電系統(tǒng)也在推進研發(fā)。

無線充電已經(jīng)在電動牙刷、電動剃須刀、無線電話等部分家電產(chǎn)品中實用化，現(xiàn)在其應(yīng)用范圍又擴大到了智能手機領(lǐng)域。

NTT DoCoMo在2011年夏季以后陸續(xù)上市了多款支持無線充電的智能手機和充電座。這些手機無需在手機上插上充電線纜，只需放置在充電座上即可為電池充電。今后NTT DoCoMo將在電影院、餐廳、酒店、機場休息室等公共場所設(shè)置充電座，便于用戶在外出時使用。

軟銀移動也預(yù)定2012年1月上市支持無線充電的智能手機。KDDI正在開發(fā)車載式智能手機的無線充電座。

未來無線充電的應(yīng)用范圍將有望擴大到EV的充電系統(tǒng)。

目前，市場上支持無線充電的智能手機和充電器大部分都符合總部位于美國的業(yè)界團體“無線充電聯(lián)盟（WPC）”所制定的“Qi”規(guī)格。Qi源自漢語“氣功”中的“氣”，以松下、韓國三星電子、英國索尼愛立信、芬蘭諾基亞、電裝為首，許多國家的家電廠商和汽車廠商都相繼加盟了WPC。

無線充電方式包括“磁共振”及“電波接收”等多種方式，Qi采用的是“電磁感應(yīng)方式”。通過實現(xiàn)標準化，只要是帶有Qi標志的產(chǎn)品，無論是哪家廠商的哪款機型均可充電。

19世紀發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象

電磁感應(yīng)方式采用了19世紀上半期發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象。眾所周知，電流流過線圈時，周圍會產(chǎn)生磁場。1820年，丹麥物理學(xué)家漢斯·奧斯特（Hans Oersted）發(fā)現(xiàn)了這種電磁效應(yīng)。

用沒有通電的其他線圈接近該磁場，線圈中就會產(chǎn)生電流，由此點亮燈泡。1831年，英國物理學(xué)家邁克爾·法拉第（Michael Faraday）發(fā)現(xiàn)了這個可從線圈向線圈供電的物理現(xiàn)象，并稱之為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

無線充電使用的充電座和終端分別內(nèi)置了線圈，使二者靠近便開始從充電座向終端供電。為提高供電效率，需要使線圈之間的位置對齊，不產(chǎn)生偏移。因此，各廠商在位置定位方法方面紛紛開動腦筋。

從事智能手機外設(shè)業(yè)務(wù)的日本Oar公司于2011年8月推出了名為“無線充電板”的充電座。內(nèi)置有磁鐵，用于將終端吸引到指定位置。

松下于2011年6月投放了無線充電座“無接點充電板”。尺寸約為鼠標墊大小，表示實現(xiàn)了“位置自由（Free Positioning）”，將終端放在充電板上的任何位置均可充電。

充電座內(nèi)部的線圈帶有驅(qū)動裝置，可在平面中移動。通過自動檢測終端放置位置，并移動至該位置，使線圈的位置相一致。

該充電座的開發(fā)人員、松下集團三洋電機能源設(shè)備公司（SANYO Electric Energy Devices Company）充電系統(tǒng)事業(yè)部長佐野正人就位置自由實現(xiàn)實用化的理由解釋說，“用戶希望能更便利地充電”。

日立麥克賽爾于2011年4月面向美國蘋果的人氣智能手機“iPhone”上市了無線充電器“AIR VOLTAGE”。由于iPhone不支持無線充電，所以需要套上內(nèi)置有線圈的專用外殼才能使用。

電場耦合方式不使用線圈

另外，麥克賽爾的充電座有為一部終端充電和為兩部終端充電的款式。兩部款的尺寸為鼠標墊大小，可在左右各放置一部終端。內(nèi)部排列了14個線圈，左右各7個，用這些線圈覆蓋了充電座的廣大范圍。由此，終端可以比較自由地放置在充電座上。在7個線圈中可最多自動選擇3個能高效傳輸?shù)木€圈來供電。

日立麥克賽爾2011年11月還面向“iPad2”上市了無線充電器“AIR VOLTAGEfor iPad2”。該充電器未采用Qi規(guī)格，而是全球首次采用了“電場耦合方式”。

電場耦合方式不使用線圈，而是在供電側(cè)和受電側(cè)設(shè)置電極，利用二者之間產(chǎn)生的電場供電。為iPad2套上內(nèi)置有受電用電極的專用外殼來充電。

電場耦合方式的特點是，輸出功率比Qi大，即使電極之間的位置稍有偏移也可維持高傳輸效率。模塊由村田制作所開發(fā)。

EV的無線充電方面，采用磁共振方式的汽車廠商比較多。

磁共振方式由美國麻省理工學(xué)院（MIT）物理學(xué)家馬林·索爾賈?？耍∕arin Soljacic）于2007年進行了驗證，自此受到了廣泛關(guān)注。

磁共振方式的原理與聲音的共振原理相同。排列好振動頻率相同的音叉，一個發(fā)聲的話，其他的也會共振發(fā)聲。同樣，排列在磁場中的相同振動頻率的線圈，也可從一個向另一個供電。

利用共振還可延長傳輸距離。電磁感應(yīng)方式的供電距離最大為數(shù)mm～10cm左右，而磁共振方式如果線圈夠大，可向數(shù)m遠以外供電。

汽車的車底到地面一般有15cm左右的距離。如果在車底安裝受電線圈，在自家停車場的地面埋入供電線圈，便可在停車時充電。能夠省去連接充電線纜的麻煩。

另外，磁共振方式不同于電磁感應(yīng)方式，無需使線圈間的位置完全吻合。即使停車位置與固定位置稍微錯開，線圈之間也會共振。

還將用于磁懸浮

三菱汽車2011年9月與美國風(fēng)險企業(yè)WiTricity和IHI就共同開發(fā)磁共振方式無線充電系統(tǒng)達成了一致。在2011年12月上旬于東京有明國際展示場（東京有明國際會展中心）舉行的東京車展上，展示了該無線充電系統(tǒng)。

供電距離為20cm，供電效率達90％以上。線圈之間最大允許錯位為20cm。如果后輪靠在車擋上停車，基本能停在容許范圍內(nèi)。隨著研究的推進，將來或許能進一步擴大容許范圍。

豐田也于2011年4月與WiTricity公司就磁共振方式展開了技術(shù)合作，并在東京車展上展示了用于電動三輪踏板摩托車和四輪汽車的無線充電系統(tǒng)。

另外，還有將供電線圈埋入道路中，在紅燈停車時和行駛中為電動汽車充電的構(gòu)想，以及利用植入軌道中的線圈為行駛中的磁懸浮列車供電的設(shè)想。

除此之外，在家中的家具、地板和墻壁等中埋入線圈的研究也在推進之中。也許未來我們會迎來完全無需使用電線的生活。