pg下载官方版打开即玩v1022.速装上线体验.中国 科学范｜无线充电之路

电话，电灯，电脑，电冰箱，风驰电掣，电闪雷鸣，电光火石，电光朝露。不管是日常生活，还是文学隐喻，电总是于我们身边不可缺少的工具。要是追溯历史，第二次工业革命是以电力的大规模应用作为代表，把电灯的发明当作标志。

如今的现代生活里，电气设施给我们的生活带去了越发多的便利，人们早就习惯了有电存在的这种生活局面。大到电脑、冰箱、家电电器及电车并动车，小至手电筒、电动牙刷以及运动手环，只要一旦出现了“停电情形“或者处在”没有没电现状”，届时就会人狂呼大叫表示 “发生事故了”，这彰示出了人们对短缺少了“电”所产生的焦虑。而在这个人人都必定需要具备手机这个时代当中，人们很大的一部分焦虑却是来源于手机电量低于了20%时系统给出的提示音了啊 。

我们运用电的途径主要存在两种，其一为源于直接针对输送过来的电量予以利用，并非源于电量存储装置之处，像电冰箱、空调这类电器；其二为源于电量存储装置（比如电池）所进行的供电，要是电量存储装置的电量用光了，我们还得对其实施充电，像电动车、手机等 。

跟随着用电器件数量的急剧增多，越来越多条的电线致使我们愈发地烦躁，它们彼此相互缠绕，杂乱纠结难以理清，所以人们便开始思索，既然过去的网线现如今都已升级而为无线WIFI了，那么我们的电线供电是不是同样能够转变为无线供电呢。实际上，对于无线供电的探寻在很早以前就已经启动起步了。

一、无线的探索之途

探寻无线供电，最早作出极大贡献的一人，乃是于交流电领域声名远扬的美籍塞尔维亚裔科学家尼古拉·特斯拉，在1891年发明特斯拉线圈，它是依共振原理运行的变压器，主要用以产出高电压、低电流、高频率的交流电力，实际上特斯拉线圈较难进行界定，只因于众多的线圈配置，特斯拉都做过相关测试，凭这些线圈开展关于电气照明、萤光光谱、X射线、高频率的交流电流现象、电疗以及无线电力等的验证，从而达成电力传输。

尼古拉·特斯拉

1891年7月30日，35岁的特斯拉加入了美国国籍，同年他在纽约第五大道建立了自己的实验室，在那里他用机电振荡器进行了机械共振实验，使得周围的一些建筑物产生了共振，随着速度的增加，他用仪器测出了房子的共振频率，他还在纽约一些地方用无线电点亮了那里的电灯，为无线传输的可能性提供了证据，这还是无线供电开始被研究的重要节点。

在一八九九年的时候，特斯拉做出决定，要迁往一个地方，在这个地方他能够开展高频高压实验，没错，那个地方就是科罗拉多州的斯普林斯啦，然后就要在那儿开启研究的进程。在抵达之后没过多久呀，他给记者说是这么回事，他当时正在做一项无线传输实验，这项实验具体呢，就是将讯号从派克斯峰，也就是附近一座山那儿，送到巴黎去呢。也就是说呀，特斯拉当时正在钻研怎么样进行无线传输能量与电力的相关事宜呢。

在经过几个月的研究后，终于到了1900年，此时，特斯拉下定决心，要在纽约长岛建造一座名为“特斯拉线圈”—沃登克里弗无线传输电能塔的建筑 ，这座建筑是用来进行跨大西洋无线电广播以及无线电能传输实验的。特斯拉内心怀揣这样的想法，他期望凭借这个塔可为未来对全球无线设备实施无线供电的宏大设想奠定基础 。

可惜的是，在1901年12月12日，马可尼达成了跨大西洋的无线电传送试验，因为马可尼在特斯拉前头顺利做完了试验，所以摩根中止了对特斯拉试验的资助；1903年，特斯拉遭遇了财政危机；1912年，沃登克里弗塔也被拆掉了；尽管这项试验失败了，然而特斯拉为无线供电所贡献的理论以及试验基础，给将来无线供电的达成给予了极大的助力。

沃登克里弗塔

在2007年，让我们前往，有着一个名为WiTricity的实验项目小组的MIT，此小组由Marin Soljačić教授带领，该研究小组所研究的对象是磁耦合共振技术，在2007年，Marin Soljačić教授以及他的助手处在距离2米的情形下，成功达成了首次高效的非辐射功率转换，并且点亮了一个60瓦的灯泡，能量转移效率高达40％，此次试验也被视作是第一次具有现代意义的无线供电 。

MIT无线输电实验

教授Soljačić在无线能量传输这块做的实验以及开展的工作，跟20世纪早期时特斯拉所从事的工作存在关联，然而呢，又有着明显的不同之处：和特斯拉于科罗拉多州进行的远程无线能量传输不一样，WiTricity小组仅仅聚焦在短距离的传输上，采用的是磁感应这种方式，可特斯拉运用的却是磁共振方式 。

过后，受到这个小组的启发，WiTricity公司成立了。这家公司主要从事无线输电技术的研发，它已经跟汽车制造商奥迪、宝马、克莱斯勒、捷豹合作了，还与日产、丰田合作了。

2009年，WiTricity公司的新技术被展出，是由CEO Eric Giler在牛津举办的TED大会上进行。在这次大会上，其做到了对一台电视而且是三部手机进行同时无线供电 。

二、无线的传输之道

无线供电的历史，就介绍到这儿了，接下来，我要瞧瞧这个过程究竟是怎么完整达成的。上面讲述过，用电主要存在两种方式，无线供电也是如此这般的原理，可以被划分成无线输电以及无线充电，鉴于两者仅仅是在电能使用方式方面存在区别，下面，我们就以无线充电作为例子，对无线供电的原理展开介绍以及讲解。

此前提及，麻省理工学院成功达成了两米间距的无线电力输送实验，针对无线充电技术的标准化已然形成了需求。并且一旦其实现标准化，对无线充电技术展开大规模的研究与投入使用，也将会产生巨大的促进效果。

2009年1月，WiPower公司制订了磁共振A4WP标准，该标准支持的功率传输能高达50W，其功率传输距离可达5厘米，并且功率传输频率为6.78MHz 。

在二零一零年同月，也就是七月的时候，为相关事宜负责的Wireless Power Consortium（威瑞思电力技术联盟），制定了磁感应Qi标准，制定了针对功率为5W或者更小功率这种类型移动终端的标准 。

2012年1月，IEEE发布磁感应PMA标准。

在2015年9月的时候，A4WP跟PMA进行了合并，合并之后成为了AirFuel Alliance（AFA），进而推动了统一的无线充电标准。

到此pg下载麻将胡了A.旗舰厅进体育.cc，于无线充电范畴就构建起了两大标准体系，其中一个乃是WPC的Qi标准，还有一个是AFA的AirFuel Resonant（也就是A4WP标准）加上AirFuel Inductive（即PMA标准）。

固然是两大标准，然而于基本原理方面却存在相似之处。Qi标准跟AirFuel Inductive标准相似程度颇高，二者皆运用磁感应技术，兼容性相对较高；而AirFuel Resonant与前两者决然不同，它运用的是磁共振技术。所以我们没必要将WPC和AFA全然对立起来，因为不管是充电器还是接收器在抉择标准之际，最优先考量的或许是采用磁感应技术还是磁共振技术。

无线充电技术分类

无线充电方式主要被划分成非放射性与放射性這两大类型，在这里放射性的那部分分成电波也就是微波式以及激光式，非放射性的那部分分成磁耦合式以及电耦合式，当下这个时间主流的方式是借助磁耦合式开展电力传输，磁耦合式涵盖上面所提及的电磁感应式跟磁共振式这两种方式，下面会着重去介绍这两种方式，而且进行简要的介绍其他的无线充电方式。

不论是磁感应式还是磁共振式，所依靠的原理皆是电磁感应，发电设备、变压器等多数电力设备的操作是以电磁感应为基础的，发明了发电机进而一般被多数认定率先发现电感应现象的人通常是迈克尔·法拉第，时间为 1831 年。

对放在处于改变情形的磁通量里的导体来说哪，会出现电动势这一情况哪。而这一电动势被称作感应电动势亦或是感生电动势哪，要是把这个导体闭合成为一个回路的话那，那么该电动势就会促使电子进行流动，进而形成感应电流（也就是感生电流）哪。这其实就是我们平常所说的那种变化的磁场能够形成电场，大致可以概述为磁生电这种情况哪。那磁生电的定量关系是由法拉第电磁感应定律予以给出的哪。我们平常所见到的交流电变压器它所运用的实际上正是该原理哪 。对变压器而言它还运用到了电流的磁效应，也就是说电流旁边会产生磁场，变化着的电流会产生变化的磁场，简要表述为电生磁这种情况哪。电生磁这种现象，是被丹麦的，身为物理学家、化学家，名为汉斯·克里斯蒂安·奥斯特的人，在1820年发现的 。

1.磁感应式无线充电

电磁感应示意图

上图对这个过程做了简易描叙，左边的线圈通过变化的电流，变化的电流致使变化的磁场产生，中间的铁圈旨在锁磁，也就是减少漏磁现象，右边的线圈因感受到变化的磁场故而产生电流，右边的电流表会出现指针波动现象，这便是变压器的基本实现原理，两边线圈匝数存在差异能够实现电压的转换。

此时此刻，我们将上面那个铁圈予以摘除，把左右两侧的线圈拍打致使其变扁并按压至平整状态，接收到的线圈放置于手机的背面之处，发送线圈同电源相互进行连接，如此一来我们便获得了某个原始情况下的无线充电装置。第一代的磁感应无线充电器正是依循这般方式而产生的。

我们把发射线圈的电感设定为L1，把接收线圈的电感设定为L2，将两个线圈之间的互感设定为M，用耦合系数k来表示磁耦合程度，那么以下公式能够成立：

两个线圈pg下载，其电感以及互感之间，存在着L1・L2≧M2这样一种关系，因这一关系，导致耦合系数数值所在范围，在0≦k≦1之中。在不存在漏磁通的那种符合理想的状况下，耦合系数为1，而这种状况被称作全耦合。然而，在实际的情形当中，其数值都是在1以下，并且，线圈之间的距离越大，漏磁通就会越多，进而致使耦合系数下降，最终，将会变为0 。

磁感应式无线充电示意图

上文提及的 MIT 实验，运用的是磁感应式无线充电，该充电有着诸般情况，其优点在于，系统结构相对易于构建，系统成本相应较为低廉，能够予以小型化处理 。然而，其缺点在于，磁感应式无线充电由于欠缺磁性材料的约束，发射线圈的部分磁通不会历经接收线圈，此等状况称作耦合度低 。所以在开展充电期间 ，线圈之间必须维持较小的距离，原因在于，线圈之间的距离越大，部分磁通会转变成漏磁通进而无法实现传输，致使两个线圈的磁耦合遭到削弱 。故而要是给手机进行充电，那就得让手机与无线充电器实现对齐且贴紧。不然的话，就会遭遇到手机明明已放置在充电器之上，然而一觉睡醒却并未充进电这种尴尬的状况。

2.磁共振式无线充电

磁共振式无线充电示意图

一种磁共振式无线充电器，其做法是靠着谐振器件（也就是电感和电容），让发射端以及接收端达成特定频率，由此产生磁场共振，进而实现能量传输，换而言之就是当发射侧跟接收侧的谐振频率达成一致后开展电力输送的方式。此原理跟前文提到的声音共鸣原理是一样的。在咱们初中阶段的时候，大家都做过这样的实验，把振动频率相同的音叉排列好，要是个中某一声响起来那其余的也都会跟着共振发声。同样的道理，处于磁场里的振动频率相同的那些线圈，这样摆在那里，也能够实现其中一个给另一个供电的情况 。

磁共振式无线充电概念图

通常而言，我们所运用的谐振器件乃是LC谐振电路，它是一种存在一个电感，此电感用字母L予以表示，还存在一个电容，该电容用字母C予以表示，二者连接在一起所构成的电路。在振荡电路当中，当发生电磁振荡之际，要是不存在能量损失，并且也未受到其他外界方面的影响，此为电磁振荡的周期与频率，它们被称作振荡电路的固有频率以及固有周期。固有周期能够借助下式予以求得：

所以，当送电线圈接通了电源，与送电线圈有着相同固有频率的受电线圈就会感应出电流，随之实现了电能的传递。前边介绍的TED展示，以及法拉第所做的大部分试验，都是基于磁共振的无线充电。

这种方式具备这样的优点，即能够拉大线圈的对置距离，与此同时，就算线圈之间中心稍微出现偏移的状况下，也能够开展电力传输，从而也就能够拿来同时为多台移动设备予以充电。然而其缺点是，系统结构相对而言困难，系统成本比照来说昂贵，并且难以实现小型化。

3.无线充电一般步骤

一般无线充电步骤分为：检测、通信、供电三个阶段。

检测阶段，要识别出能够供电的设备以及异样物体，即异物（FOD）。在接收器被放置于发射器的工作范围以内时，发射器会去检测是不是有一个接收器靠近了 。

进行身份认证，这处于通讯阶段，发射器会发送数据包，不仅如此还要为接收器供电籍以启动接收器，随后接收器回复响应数据从而由此完成身份的认证 。

（3）充电的阶段：发生电能与之传输。于身份认证完成之后，发射器会依据接收器的设备类型，去挑选相适配的功率此类参数，对接收器实施充电 。

以Qi标准为例，整体流程如下：

Qi标准无线充电流程

须要表明的是，不论为磁感应式，或是磁共振式，被受电线圈感应导出而言皆是交流电，鉴于我们所阐述为无线充电，故而感应导出的交流电得要给如电池这般的电能存储装置供以充电，充电却必须借助直流电，因此于受电装置当中均会存在整流以及滤波电路，针对交流电予以整流并滤波，经由处理之后的电流便可朝电池充电了，以上便是无线充电的完备流程。

综上分析可知，磁感应也好，磁共振也罢，均有其优点及其缺陷，可供电距离方面不可全面如我们愿，系统结构难易程度上也无法全然契合，系统成本亦不能完全满足所需，产品尺寸也并非都合适，同时充电台数达不到通用标准，充电功率也不达标，频率同样不符合要求，效率也未能完全满足，所以当下无线充电处境颇为尴尬。

上面所说的，就是无线充电主要采用的两种方法，接下来简略介绍一下另外的三种无线充电方式。

4.激光式

电源系统身为能量源，给激光器供应电力，把电能转变为激光能量，制冷系统的协同功效能确保更高的能量转化效率，激光能量经由跟瞄系统后，精准传输至光伏阵列上，光伏阵列把激光能量转化成电能，给电池充电，进而为发动机供给能量或者完成别的任务。

5.无线电波式

这是技术方面而言有着比较成熟发展态势的那种东西，它跟早期用的矿石收音机是类似的情况，它基本上是由微波发射装置做主要构成部分，以及微波接收装置来共同组成的，它能够捕捉到在经历从墙壁这类物体弹回以后的无线电波能量，在结合负载做出相应调整的相同时间阶段当中，可以稳定让直流电压得以保持，这种方式仅仅需要一个安装在墙身插头位置的发送器，还有就是那种能够安装在任何低电压产品上的形态小巧恰似蚊子的“蚊型”接收器，整个传输系统涵盖着微波源、发射天线、接收天线这三个部分，微波源其中是有磁控管的，它能够控制源在2.45GHz频段输出某个特定样子的一定功率的。

6.电场耦合式

电力传输借助沿垂直方向将两组非对称偶极子作耦合后产生的感应电场来达成。通常充电模块是由按垂直方向排列的2个非对称偶极子形成，这组偶极子各自通过供电部分以及接收部分的活性炭电极还有接地电极所构成。无线供电模块依靠这2个非对称偶极子的电场耦合产出的感应电场来实施供电。

三、无线充电的运用之法

原理就介绍到这里，我们现在再来看看无线充电的应用领域。

WPC是当下规模最大的无线充电联盟，其会员数量多于200家，当中包含诺基亚、HTC、LG、索尼、三星、高通以及新近加入的苹果，而苹果所运用的无线充电技术依托的正是Qi标准，它于2010年制定公布的Qi规范，是当今应用范围最为广泛的无线充电标准，支持的产品超出 1300余种。原本A4WP 的成员有高通、三星、Duracell Powermat和英特尔等，PMA 获得了星巴克、Google和AT&T予的支持。所以这三大标准正在不同的领域发挥着自己的作用和长处。

不过，值得让人感到欣慰的是，在最新发布的Qi 1.2标准里，除了添加对于多装置充电的支持这一内容之外，还纳入了磁共振的相关技术，并且充电产生的功率提升到了2000W ；另外在Q1.2.2规范里所涉及到的磁感应的具体频率处于87～205KHz ；接着就是，WPC主席对Qi最新标准做出变动的原因进行讲解诠释了起来 ；先是要去拿出来给予低功率相关产品一些更大的空间方面的自由度之举措主要是针对纵向距离而言的缘故表现出来的 ；再者的话便又是要去提供更大的功率了 ；所以可以明确知晓到哦，Qi标准在努力克服自身所存在的缺点 ，并且为了能够更好之目的去全力推动无线充电在更为广泛的场景之下的应用而持续不断地一直在做着相应的努力呢 。

除掉手机，电动牙刷这般小型的器件，属于是无线充电的试验区域外、电动汽车同样是各个商家争先恐后所要占据的地方咯。

英国HaloIPT公司，在伦敦，借助其全新研发的感应式电能传输技术，成功达成了为电动汽车无线充电，在展示期间，该公司把电能接收垫安装于雪铁龙电动汽车车身下方位置，如此一来，电池便能够经由无线充电系统实施无线充电。

三菱汽车所展示的无线充电方案，其供电距离是20cm，供电效率在90％以上，并且线圈之间最大允许的错位幅度为20cm 。

电动汽车无线充电示意图

另有把供电线圈埋进道路里头的情形，于红灯停车之际以及于车行驶情况下而为电动汽车充电的一种构想，还有借助植入在轨道当中的线圈给行驶着的磁悬浮列车供电的这样一种设想 。

在韩国首尔的一座游乐园内部，正在试运行着一种新型电车，这种电车在铺设有电感应条的路面之上行驶的时候，能够进行“无线”充电，它不像传统电车那样需要借助路轨或者头顶电线来获取电力，这是相互不同的显著区别呀。

最终我们展开对无线充电于应用范畴之内的优点、缺点予以归纳总结，无线充电于应用范畴里的主要优势涵盖了以下几个层面，并呈现出这样的状况 ， 。

安全方面，运用无通电接点设计，能够避免危险的触电风险。于植入嵌入式医疗装置领域内，对体内植入的医疗装置充电时，在保障不损害身体组织状况下，无需电线穿过，无论是皮肤，也罢或是其他的自体组织，均可如此进行充电，如此一来感染的那种隐患便被免去了。

便利之处在于，充电之时，无需借助电线相连，仅需放置于充电器临近之处便可。磁共振式无线充电还具备这样的特性，即一个充电器能够针对多个用电装置实施进电操作，当存在多个用电装置时，能够省却多个充电器，无需占用多个电源插座，不存在多条电线相互缠绕所带来的困扰。

尽管方便，但是无线充电还存在以下几点不足：

一般充电器中含有变压器，充电效率低，无线充电由发射线圈及接收线圈组成变压器，结构有限制，能量存送效率理论上略低于普通变换器者 ，电源先自市电通过适配器，经过降压、整流、稳压过程，随后连至无线充电机，多层交替使用会使，充电转化效率则更低。

当前像手机这类接收装置，大多对输入功率进行了限制，所以充电的速度才会慢慢地变得比较缓慢，进而导致充电速度慢 。

成本高，是因为充电器要有能推动线圈的电子线路，用电装置要有实现电力转换的电子装置，这两者都得有线圈，并且还得有高频滤波电路来符合FCC的规范，所以成本比直接接触要高。

存在这样一种情况，即不能在处于移动状态时进行充电，此问题仅仅在移动装置上面发生，就好比电动刮胡刀来讲，当它在充电之时它是不能够移离其充电器的，要是电动刮胡刀内部的电池刚刚完全用尽的时候它就无法使用了，然而传统的那种通过电线连接来进行充电的设计却是能够持续使用的。

首先，兼容性较低，不同品牌的无线充电装置因不存在统一标准而不能通换使用 ；其次，近年，业界组织WPC着手推行标准化工作（或者“推进标准化进程也可”），所以有望实现标准统一 ；然后，随着Qi标准在2012年末被广泛应用于多款流行手机，现在基本上提及“支持无线充电”就意味着“支持Qi无线充电，但未来发展状况尚不可知” 。

由于电力转换的电子装置在工作之时存在损耗，并且该电子装置和被充电的接收设备十分贴近，所以使用者在使用过程会感受到很高的热量。实际上，这一点与传统线充所使用的适配器发热情况是一样的。特斯拉无线设备公司的新产品解决了这一问题pg下载官方认证，充电时温度和线充基本相同。 ，。

使用一般有线充电时，装置会让充电器直接给其供给电源，使其能得到休息，此时电池寿命耗损不高。然而在使用无线充电时，情况截然不同。一来它不是让电池停止工作，二来无线充电把电池充饱一部分后，电池又立刻供给电源给装置，消耗掉部分电力后，充电器才再把电力充进电池内。如此这般来来回回，致使电池不断处于被使用状态，最终造成电池寿命高耗损。

即使当前无线充电仅是于个别特别的领域起着作用，而且就算在这些各自的领域里也遭遇着一些难题，然而我们确信，伴随应用技术的进步以及标准的完备，无线充电的使用领域与场景亦会愈发宽广，毕竟对于有强迫症的人而言，少一些电线着实是极大的幸事了。

此人是中科院自动化所毕业研究生呀，来自复杂系统国家重点实验室呢，还是机器学习与计算机视觉方向那边的算法工程师哟。