[科普中国]-无线充电器

无线充电器是指不用传统的充电电源线连接到需要充电的终端设备上的充电器，采用了最新的无线充电技术，通过使用线圈之间产生的交变磁场，传输电能，电感耦合技术将会成为连接充电基站和设备的桥梁。

无线充电技术在 2007 年获得了 20 项专利，多种设备可以使用一台充电基站，手机、MP3 播放器、电动工具和其他的电源适配器的有线充电情况将不会存在了。

简介无线充电器是指不用传统的充电电源线连接到需要充电的终端设备上的充电器，采用了最新的无线充电技术，通过使用线圈之间产生的交变磁场，传输电能，电感耦合技术将会成为连接充电基站和设备的桥梁。

无线充电技术在 2007 年获得了 20 项专利，多种设备可以使用一台充电基站，手机、MP3播放器、电动工具和其他的电源适配器的有线充电情况将不会存在了1。

相关报道英国一家公司发明了一种新型无线充电器，它看上去就像一块塑料鼠标垫，将手机等放在垫上就能充电，并能同时给多个设备充电。

据22日出版的英国《新科学家》杂志报道，这个“鼠标垫”里装有密集的小型线圈阵列，可产生磁场，将能量传输给装有专用接收线圈的电子设备，进行充电。接收线圈由磁性合金绕以电线制成，大小和形状都与口香糖相似，可以很方便地贴在电子设备上。

发展历史早在19世纪30年代，迈克尔·法拉第就发现，周围磁场的变化将在电线中产生电流。19世纪90年代，塞尔维亚裔科学家尼古拉·特斯拉就申请了最初的一个专利。

但遗憾的是，这方面的研究延迟了一个世纪。最大的障碍是传输效率太低又存在危险。电磁辐射只适合传送信息，并不适合传送能量。因为辐射无定向性可言，能量将会浪费在无用的空间中。有人设想使用定向电磁辐射，比如激光，但其可操作性不强且极具危险性。

香港城市大学电子工程学系许树源教授在早几年曾成功研制出“无线电池充电平台”，可将数个电子产品放在一个充电平台上，不需外接电线，透过低频电磁场自动充电，充电时间与传统充电器无异。但这一技术仍需要产品与充电器接触，它主要利用的是近场电磁耦合原理。

美国麻省理工学院的研究人员在无线传输电力方面取得了新进展，他们用两米外的一个电源，“隔地”点亮了一盏60瓦的灯泡

索利亚契奇的设计，非辐射无线能量传输有距离的限制，接收器越小则这个距离越短。他计算出笔记本电脑大小的物体可以在几米的范围内接受无线能量传输，“这样在每个房间安装一个发射源，就可以给整个住宅的笔记本电脑供电了。”

索利亚契奇希望通过使用不同材料和改进技术，把效率提高到70%至80%。他们相信，改进后的设备将在3到5年内为笔记本电脑、移动电话以及其他设备进行无线充电1。

工作原理物理学家早就知道，在两个共振频率相同的物体之间能有效地传输能量，而不同频率物体之间的相互作用较弱。歌唱家演唱能将装有不同水量瓶子中的一个震碎，而不影响其他瓶子就是这个道理。这也好比我们荡秋千时，只需坐在上面让下垂的双腿同步摆动就能给秋千带来动力一样。无线充电技术正是利用了这个原理。同样，无线充电技术也应用了电磁波感应原理，及相关的交流感应技术，在发送和接收端用相应的线圈来发送和接收产生感应的交流信号来进行充电的的一项技术， 用户只需要将充电设备放在一个“平板”上即可进行充电，这样的充电方式过去曾经出现在手表和剃须刀上，但是当时无法针对大容量锂离子电池进行有效充电。无线充电器技术原理构图如图所示

最初由英国一家公司发明了一种新型无线充电器，它看上去就像一块塑料鼠标垫，这个“鼠标垫”里装有密集的小型线圈阵列，因此可产生磁场，将能量传输给装有专用接收线圈的电子设备，从而进行充电。接收线圈由磁性合金绕以电线制成，大小和形状都与口香糖相似，所以可以很方便地贴在电子设备上。将手机等放在垫上就能充电，并能同时给多个设备充电。充电技术此前已经出现，但这项新发明更为方便实用。手机等设备只要贴上接收线圈，放置在“鼠标垫”上的任一位置都可充电，不像以前的一些技术那样需要精确定位。几个设备同时放在垫子上，可以同时进行充电。充电器产生的磁场很弱，能够给设备充电但不会影响附近的信用卡、录像带等利用磁性记录数据的物品。

无线充电系统主要采用电磁感应原理，通过线圈进行能量耦合实现能量的传递。如图所示，系统工作时输入端将交流市电经全桥整流电路变换成直流电，或用24V直流电端直接为系统供电。

经过电源管理模块后输出的直流电通过2M有源晶振逆变转换成高频交流电供给初级绕组。通过2个电感线圈耦合能量，次级线圈输出的电流经接受转换电路变化成直流电为电池充电。

变化的磁场会产生变化的电场，变化的电场会产生变化的磁场，其大小均与它们的变化率有关系，而正弦函数的变化率是另外一个正弦函数，所以电磁波能够传播出去，而感应电压的产生与磁通量的变化相关，所以线圈内部变化的磁场产生感应电压，从而完成充电过程。

手机无线充是比较新颖的充电方式，其原理其实很简单，就是将普通的变压器主次级分开来达到无线的目的。当然，无线充的工作频率比较高，甚至可以抛弃铁心直接线圈之间就可以达到能量传递的作用。

主要特点1.从理论来说，无线充电技术对人体安全无害处，无线充电使用的共振原理是磁场共振，只在以同一频率共振的线圈之间传输，而其他装置无法接受波段，另外，无线充电技术使用的磁场本身就是对人体无害的。但无线充电技术毕竟是新型的充电技术，以迈源科技的无线充电器来说，很多人都会担忧无线充电技术会像当初Wi-Fi和手机天线杆刚出现一样，其实技术本身是无害的。
2.无线充电技术利用磁共振在充电器与设备之间的电场和磁场中传输电能，线圈和电容器则在充电器与设备之间形成共振。
3.这一系统可以在未来得到广泛应用，例如针对电动汽车的充电区以及针对电脑芯片的电量传输。采用这项技术研制的充电系统所需要的充电时间只有当前的一百五十分之一。
4.转化率一直是很多人担心的问题，麻省理工学院通过研究表明，无线充电技术的损耗比起有线充电技术来说更低。无线充电转化率比起有线要高几个百分点。高转化，也是无线充电器得以在全球进行应用的关键因素。但无线充电技术也受到距离的限制，未来发展，必然需要解决远距离传送对于波段和磁场范围的精准定位问题。
5.核心芯片是无线充电技术在产品应用的难点之一。精准辐射范围控制，磁场频率大小，其它控制等都是由芯片实现。

相关问题市场应用发展瓶颈

1.核心无线充电技术不完善；
2.辐射区域难以实现远距离传输；
3.长距离定位对硬件的要求太高；
4.磁场共振高度匹配可控制小；
5.应用范围局限，没有得到延伸；
6.市场因素与消费者心理导致开发商不愿意大力进行技术研发。

辐射麻省理工学院的研究人员表示，身体对电场的反应很强，但身体对磁场的反应则几乎没有，因此这一系统不会影响人体健康。不过，这还只是一种推测，有研究人员对此观点表示担心，在真正应用于生活前，还需要进一步进行试验。

做为电子类充电产品，充电器本身避免不了辐射，所以无线充电器有辐射是必然的。但无线充电器的功率很小，充电时间较长，所产生的辐射也小1。

端口统一为避免不必要的浪费和产生更多的电子垃圾，中国正在执行手机充电器端口统一标准化。但对于无线充电技术来说，这一点将会得到最大程度的普及：不但手机可以使用，数码相机、iPad、笔记本也都可以一同分享这种充电设备。日本富士通甚至准备推出一个更为高级的技术，将这种成功从便携式电子产品扩大到电动汽车充电中。富士通公司此举最终目的是在街头设置公用“充电点”，可以为便携数码设备以及电动汽车用户实现更方便地24小时全天候充电服务。除此之外无线充电器更聪明可节省耗能。虽然无线充电设备的效能接收在70%左右，和有线充电设备相等，但是它具备电满自动关闭功能，避免了不必要的能耗。而且这个效能接收率在不断提高。

手机将内置充电接收器，并统一无线充电标准

要实现手机等产品的无线充电，必须有两个部分：发射器，与电源连接，负责向广阔空间发射电能；接收器，一般安装在电子产品上，用以接受电能。无线充电技术已经开始在手机产品中运用了，以iPhone手机为例，无线充电生产商为使其可具备无线充电功能，则对其进行了改装，安装了一种类似“苹果皮”的“衣服”。作为无线充电接收器，它是以增加手机充电外壳的形式出现，但相关改造产品中国或将可以推出。这个外壳被称为“Qi门”，它支持iPhone与黑莓手机，用户不需更换手机可抢先体验这一功能。在2013年初，无线充电接收器会充分“瘦身”，成为手机产品中内置的无线充电接收芯片，只有指甲盖那么大。诺基亚、飞利浦、LG、三星、索尼爱立信、iPhone、HTC、谷歌、中兴、Sharp以及RIM等众多国际知名手机厂商都很支持这一技术，无线充电器也有可能会与手机一起捆绑进行销售。

手机无线充电关键在于兼容性，Qi标准可确保品牌兼容

无线充电技术主要利用电磁技术，在发射器将电流转化为电磁，手机通过内置芯片接收器将电磁转化为电流为手机充电。无线充电技术推广的关键在于确保各厂家无线充电器能够兼容，Qi标准的制定使无线充电有了统一的技术规范，确保同一充电器对多品牌和多产品的兼容性。无线充电联盟主席Menno Treffers对外表示，Qi无线充电标准采用的是电磁感应技术，相比于其他技术，效率和安全性都更高。Qi无线充电标准包括接口、性能以及法规三方面，这将对无线充电技术的普及是相当大的挑战，所以通过Qi标准的手机将可通过任何通过Qi认证的充电基站、底座或是其它可充电装置进行无线充电。Qi对于装置的第一项先期要求就是不得高于5瓦特，这对于一些希望笔记本电脑也能同样通过无线充电技术的厂商可能是一大限制。

已有厂商推出Qi标准无线充电产品，市场广泛

全球最大的电池和便携式照明设备商Energizer（劲量）表示将会很快推出支持Qi标准的无线充电器产品，并首先为苹果iPhone3GS和黑莓Blackberry Curve 8900用户带来无线充电的全新体验。同时市场调研公司iSuppli提供的数据显示，无线充电设备市场在2013年将达到140亿美元的规模。飞利浦已经开始生产含有无线充电设置新型手机了。飞利浦X723手机已经现身，其采是3.2英寸240X400屏幕，带GPS和300万像素摄像头。

接收天线尽管本文重点介绍充电器，顺便也概略介绍下接收天线。因为这类无线充电装置本质是一个变压器，初级装在充电器中，次级装在终端中。

因为与充电器不配套的接收天线会引起充电电路中电流的波动，如何选择好充电天线呢？

第一：终端天线需带磁屏蔽。

充电天线若只是一个空心线圈，则附近金属器物靠近时，会导致涡流，使得充电效率下降，充电器能量辐射不出去，电流增大，充电器发热。

第二：充电器选用的磁性介质分为有机磁性材料和无机磁性材料两大类。

有机磁性的材料可以做成很薄且有翘性，适合手机后盖壳贴合，用于手机中；无机的磁性材料是烧结的铁氧体制成，易碎，适合大的空间安装1。

本词条内容贡献者为:

张尉 - 副教授 - 西南大学