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摘要：无线充电技术的诞生开启了电力传输的新纪元，本文详细阐述了无线充电技术的概念，原理、特点，并针对无线充电技术的特殊应用前景进行分析。
关键词：无线充电技术；应用前景；分析
在十九世纪三十年代，法拉第通过大量的实验发现了电磁感应现象。所谓的电磁感应现象，就是指通过磁通量的变化产生感应电动势，从而产生电流。这也是无线充电技术研究的开端。无线充电技术思想最早产生于十九世纪九十年代的特斯拉，所以，特斯拉被后人尊称为“无线电能传输之父”。特斯拉是想将地球作为内导体，然后将地球电离层作为外导体，进而通过电磁波震荡的模式，在地球和地球电离层之间实现低频共振，再借助地球表面进行能量的传输。但是，这一思想转变成现实，需要消耗大量的财力。在当时的社会背景下，由于财力的限制，特斯拉的这一大胆构想并未实现。到二十一世纪之后，随着各类便携式电子产品的出现，无线充电技术又重现成为研究的热点。本文将对无线充电技术的研究以及特殊应用前景进行详细的阐述和介绍。
一、无线充电技术的概述
无线充电技术，即Wireless Charging Technology，是指具有电池的装置不需要借助于电导线，利用电磁波感應原理或者其他相关的交流感应技术，在发送端和接收端用相应的设备来发送和接收产生感应的交流信号来进行充电的一项技术，源于无线电力输送技术。
无线充电技术发展到现在，已经成为非常流行的一个前沿技术，让我们可能摆脱连接线束缚，实现随时随地无线充电。无线充电技术的提出能够很好地解决有线充电带来的不足，利用无线磁电感应充电的设备可做到隐形、设备磨损率低、应用范围广、公共充电区域面积相对的减小、技术含量高以及操作方便等等。无线充电技术首先出现在低功率的电子产品上，随着技术的成熟以及产品的市场化，未来几年，无线充电技术将在我们的生活中普及并逐渐取代各种各样数码产品的充电器。
二、无线充电的技术原理
实现无线充电技术的最基本原理就是电磁转换，如图1所示。无线充电技术是利用磁共振、电磁感应线圈、无线电波等方式，在充电器与设备之间的空气中传输电荷，实现电能高效传输的技术。无线充电的方式有四种：电磁感应式，电磁共振式，无线电波式，电场耦合式。
（1）电磁感应式利用线圈产生变化的磁场使待充电设备中的线圈产生感应电流以达到充电目的的，该方法通常采用两种磁线圈，一个主线圈内建于充电基座提供交流电磁场；另一个线圈则内建于待充电装置中，能将电磁场的能量转换为为电池充电。简单说就是：电生磁，磁生电。此方法的优点是短距离充电时有较高的效率，缺点是需要正确摆放线圈才能达到较为理想的效果，并且金属感应接触也存在发热的问题。
（2）磁场共振式依赖相同共振频率的松散耦合线圈来传输电力，一个负载电荷的板与线圈的某一端相接，就会产生一个共振频率，当遇到共振频率相同的接收端时，就可以利用共振效应传输电能。该方法适合较大功率输电，并且输电距离也上升到了数米，其缺点是存在着输电效率一般和健康、安全方面的问题。
（3）无线电波式利用环境电磁波转化成为电流。此方法的充电效率较为低下，但充电距离已可以达到10米以上，在小功率远距离输电中有着良好的前景，但由于其传输功率低下，充电时间将会比以上两种方案更长。
（4）电场耦合式通过耦合两组非对称偶极子产生感应电场来传输电力，此方法传输效率较高且发热较低，并且存在可移动的优势，但仍有充电距离较短和充电设备体积较大的问题。
目前，小功率无线充电常采用电磁感应式，大功率无线充电主要采用磁场共振式（大部分电动汽车充电采用此方式）。
三、无线充电技术的充电标准
无线充电技术只需用一个发射端，就可以同时给多个移动设备充电，这样就可以制定统一的充电标准，也可以为所有符合这一标准的设备进行充电。无线充电技术标准尚未统一，目前主流的无线充电标准有三种：Qi标准，PMA（Power Matters Alliance）标准，以及A4WP（Alliance For Wireless Power）标准。
四、无线充电技术的特殊应用前景
（1）医用植入设备
医疗植入式装置在疾病治疗中发挥着越来越重要的作用。胶囊内窥镜、植入式医用胶囊可以窥探人体消化道或肠道的溃疡、异常的增长以及出血等健康状况，帮助医生对病人进行诊断；心脏起搏器可在必要时候用电信号激活心脏复苏与维持正常。但医用植入设备的供电电池容量是一定的，一般可供使用几年，如电池耗完，则需要手术更换植入设备。目前，心脏起搏器植入人体之后，8-10年左右就需要更换电池。也就是说，安装了心脏起搏器的患者，每隔8-10年就需要再动一次手术来更换起搏器的电池。如果病人体内的医用植入设备可以进行充电，就不用再通过手术来更换电池，一次手术即可解决问题，不会有多次手术引起的手术失败、胸腔感染等风险。
（2）电动汽车
电动汽车可以很好地解决机动车污染排放和能源短缺问题，因此受到了很多国家和政府的鼓励，许多汽车厂商也投入到了电动汽车的研发和生产当中。目前电动汽车的充电方式有接触式和非接触式两种。
①接触式充电：充电效率高但存在电压高，电流大，使用过程接触点磨损，且不能在雨水环境充电等问题。
②无线充电是电动汽车相当重要的能源补充方式，它也叫无接触式充电，主要利用无线电能传输技术，其中以感应式无线输电和谐振式无线电能传输为主。具有使用方便、安全、可靠，没有电火花和触电的危险，无接触损耗、没有相应的维护问题，可以适应雨雪等恶劣的天气和环境等优点。此外，如果可以实现电动汽车的动态无线充电，则可以大幅减少电动汽车配备的动力电池容量，从而减轻车体重量，降低电动汽车的运行成本。
③防水密封电子产品
便携式的移动产品，都要不定期地进行充电，因此设备表面不得不留下各种插口和连接电缆，这就很难实现良好的防水密封工艺。而如果设备采用无线充电，设备外壳上就不需要有任何金属接点或者开口，可以有效增强电子产品的防水性，易于实现产品的防水和密封。如最早出现的采用无线充电的电动牙刷，解决了潮湿环境下的用电安全问题。很多特殊的产品，在特殊的运用场合和环境下，如水下工作的自动检测系统，需要密封和防水，不希望在产品外壳上留下任何插孔（充电口，开关机键，显示灯等），在一些设备上，如能采用无线充电就能有效的解决其对密封性和防水的要求。
随着科技的发展，无线充电技术已开始走进大众的生活，让人们拜托繁琐的有线充电设备。同时，随着无线充电技术的进一步发展，也为许多特殊设备带来了应用的可能性和发展空间。无线充电技术将对未来电子设备的发展，以及新能源汽车的普及和产业化起到至关重要的作用。尽管目前无线充电技术还存在充电效率不高、技术不成熟、标准不统一等问题，但无线充电技术代表着未来的发展方向，就像前些年的有线电话和时下的移动电话，固定网络和无线Wi-Fi，从性能上讲有线比无线强大，但是从普及性和实用性方面看，无线技术当仁不让地占据了主流地位。因此，有理由相信在不久的未来，随着无线充电技术的进步，其会进一步造福大众生活。
（作者单位：成都树德中学光华校区）
关键词：无线充电技术；应用前景；分析
在十九世纪三十年代，法拉第通过大量的实验发现了电磁感应现象。所谓的电磁感应现象，就是指通过磁通量的变化产生感应电动势，从而产生电流。这也是无线充电技术研究的开端。无线充电技术思想最早产生于十九世纪九十年代的特斯拉，所以，特斯拉被后人尊称为“无线电能传输之父”。特斯拉是想将地球作为内导体，然后将地球电离层作为外导体，进而通过电磁波震荡的模式，在地球和地球电离层之间实现低频共振，再借助地球表面进行能量的传输。但是，这一思想转变成现实，需要消耗大量的财力。在当时的社会背景下，由于财力的限制，特斯拉的这一大胆构想并未实现。到二十一世纪之后，随着各类便携式电子产品的出现，无线充电技术又重现成为研究的热点。本文将对无线充电技术的研究以及特殊应用前景进行详细的阐述和介绍。
一、无线充电技术的概述
无线充电技术，即Wireless Charging Technology，是指具有电池的装置不需要借助于电导线，利用电磁波感應原理或者其他相关的交流感应技术，在发送端和接收端用相应的设备来发送和接收产生感应的交流信号来进行充电的一项技术，源于无线电力输送技术。
无线充电技术发展到现在，已经成为非常流行的一个前沿技术，让我们可能摆脱连接线束缚，实现随时随地无线充电。无线充电技术的提出能够很好地解决有线充电带来的不足，利用无线磁电感应充电的设备可做到隐形、设备磨损率低、应用范围广、公共充电区域面积相对的减小、技术含量高以及操作方便等等。无线充电技术首先出现在低功率的电子产品上，随着技术的成熟以及产品的市场化，未来几年，无线充电技术将在我们的生活中普及并逐渐取代各种各样数码产品的充电器。
二、无线充电的技术原理
实现无线充电技术的最基本原理就是电磁转换，如图1所示。无线充电技术是利用磁共振、电磁感应线圈、无线电波等方式，在充电器与设备之间的空气中传输电荷，实现电能高效传输的技术。无线充电的方式有四种：电磁感应式，电磁共振式，无线电波式，电场耦合式。
（1）电磁感应式利用线圈产生变化的磁场使待充电设备中的线圈产生感应电流以达到充电目的的，该方法通常采用两种磁线圈，一个主线圈内建于充电基座提供交流电磁场；另一个线圈则内建于待充电装置中，能将电磁场的能量转换为为电池充电。简单说就是：电生磁，磁生电。此方法的优点是短距离充电时有较高的效率，缺点是需要正确摆放线圈才能达到较为理想的效果，并且金属感应接触也存在发热的问题。
（2）磁场共振式依赖相同共振频率的松散耦合线圈来传输电力，一个负载电荷的板与线圈的某一端相接，就会产生一个共振频率，当遇到共振频率相同的接收端时，就可以利用共振效应传输电能。该方法适合较大功率输电，并且输电距离也上升到了数米，其缺点是存在着输电效率一般和健康、安全方面的问题。
（3）无线电波式利用环境电磁波转化成为电流。此方法的充电效率较为低下，但充电距离已可以达到10米以上，在小功率远距离输电中有着良好的前景，但由于其传输功率低下，充电时间将会比以上两种方案更长。
（4）电场耦合式通过耦合两组非对称偶极子产生感应电场来传输电力，此方法传输效率较高且发热较低，并且存在可移动的优势，但仍有充电距离较短和充电设备体积较大的问题。
目前，小功率无线充电常采用电磁感应式，大功率无线充电主要采用磁场共振式（大部分电动汽车充电采用此方式）。
三、无线充电技术的充电标准
无线充电技术只需用一个发射端，就可以同时给多个移动设备充电，这样就可以制定统一的充电标准，也可以为所有符合这一标准的设备进行充电。无线充电技术标准尚未统一，目前主流的无线充电标准有三种：Qi标准，PMA（Power Matters Alliance）标准，以及A4WP（Alliance For Wireless Power）标准。
四、无线充电技术的特殊应用前景
（1）医用植入设备
医疗植入式装置在疾病治疗中发挥着越来越重要的作用。胶囊内窥镜、植入式医用胶囊可以窥探人体消化道或肠道的溃疡、异常的增长以及出血等健康状况，帮助医生对病人进行诊断；心脏起搏器可在必要时候用电信号激活心脏复苏与维持正常。但医用植入设备的供电电池容量是一定的，一般可供使用几年，如电池耗完，则需要手术更换植入设备。目前，心脏起搏器植入人体之后，8-10年左右就需要更换电池。也就是说，安装了心脏起搏器的患者，每隔8-10年就需要再动一次手术来更换起搏器的电池。如果病人体内的医用植入设备可以进行充电，就不用再通过手术来更换电池，一次手术即可解决问题，不会有多次手术引起的手术失败、胸腔感染等风险。
（2）电动汽车
电动汽车可以很好地解决机动车污染排放和能源短缺问题，因此受到了很多国家和政府的鼓励，许多汽车厂商也投入到了电动汽车的研发和生产当中。目前电动汽车的充电方式有接触式和非接触式两种。
①接触式充电：充电效率高但存在电压高，电流大，使用过程接触点磨损，且不能在雨水环境充电等问题。
②无线充电是电动汽车相当重要的能源补充方式，它也叫无接触式充电，主要利用无线电能传输技术，其中以感应式无线输电和谐振式无线电能传输为主。具有使用方便、安全、可靠，没有电火花和触电的危险，无接触损耗、没有相应的维护问题，可以适应雨雪等恶劣的天气和环境等优点。此外，如果可以实现电动汽车的动态无线充电，则可以大幅减少电动汽车配备的动力电池容量，从而减轻车体重量，降低电动汽车的运行成本。
③防水密封电子产品
便携式的移动产品，都要不定期地进行充电，因此设备表面不得不留下各种插口和连接电缆，这就很难实现良好的防水密封工艺。而如果设备采用无线充电，设备外壳上就不需要有任何金属接点或者开口，可以有效增强电子产品的防水性，易于实现产品的防水和密封。如最早出现的采用无线充电的电动牙刷，解决了潮湿环境下的用电安全问题。很多特殊的产品，在特殊的运用场合和环境下，如水下工作的自动检测系统，需要密封和防水，不希望在产品外壳上留下任何插孔（充电口，开关机键，显示灯等），在一些设备上，如能采用无线充电就能有效的解决其对密封性和防水的要求。
随着科技的发展，无线充电技术已开始走进大众的生活，让人们拜托繁琐的有线充电设备。同时，随着无线充电技术的进一步发展，也为许多特殊设备带来了应用的可能性和发展空间。无线充电技术将对未来电子设备的发展，以及新能源汽车的普及和产业化起到至关重要的作用。尽管目前无线充电技术还存在充电效率不高、技术不成熟、标准不统一等问题，但无线充电技术代表着未来的发展方向，就像前些年的有线电话和时下的移动电话，固定网络和无线Wi-Fi，从性能上讲有线比无线强大，但是从普及性和实用性方面看，无线技术当仁不让地占据了主流地位。因此，有理由相信在不久的未来，随着无线充电技术的进步，其会进一步造福大众生活。
（作者单位：成都树德中学光华校区）