无线充电原理详解及最新充电技术

每次要帮手机、电脑，或者其他各种电器充电时，总是要接一条充电线，充电线一多，还常常接错，实在非常麻烦。幸好，现在愈来愈多的电子产品，开始使用无线充电的技术了!只要优雅的将手机放在一个小小的、像杯垫一样的东西上面，不必接线就能轻松充电，这么厉害的科技背后有什么原理呢?让我们一起来探究其中奥妙。
电与磁的交互作用
一般见到的无线充电，运用的是电流磁效应和电磁感应的原理。1819 年，丹麦科学家厄斯特观察到一段导线上如果通有电流，四周将会产生磁场，可以让指北针偏转。后人则进一步发现，将导线围成环状，甚至绕成线圈，产生的磁场将会更强、更集中，这称为电流磁效应。
至于电磁感应，则是在 1831 年由法拉第发现的。让一块磁铁或其他的磁场来源靠近一段没有电流的线圈，线圈上就会产生感应电流，称为电磁感应。值得注意的是，电磁感应的成立要点是磁场要有变化，例如磁铁愈来愈靠近 (愈来愈远离其实也可以)。外加磁场若是一直保持不变，是不会有感应电流的。

总而言之，电流磁效应就是电流的流动在四周产生磁场，电磁感应则是不断变化的外加磁场使线圈产生感应电流。
利用电磁感应来充电
这两种物理现象同时运用，就可以进行无线充电。目前的无线充电设备，都包含一个充电座，里面其实正是线圈。将充电座接到家用插头后，线圈周围会因为电流磁效应而产生磁场。要充电的电子产品，里面也都有一个线圈，当它靠近充电座时，充电座的磁场将透过电磁感应，在电子产品的线圈上产生感应电流。感应电流导引到电池，就完成了充电座和电子产品间的无线充电。
你可能会问，磁场不是要改变才能有电磁感应吗?可是充电座与充电的对象距离却始终保持不变，这样为何会有电磁感应呢?原来，家用插座中流出的电是交流电，也就是说电流的方向不断的交替变化，一会儿顺着流，一会儿反着流。正因为如此，充电座线圈产生的磁场随之不断在变换方向，并非保持不变，符合电磁感应的要件。
近来愈来愈多智慧型手机、平板电脑开始提供无线充电的功能，但是不幸的是，它们充电的时候，只要离充电座的距离稍远一些，充电效率就会明显下降。即便是最新的技术，充电距离也不能超过5公分，事实上，目前绝大部分可以无线充电的行动装置，都是要完全平放在充电座上才能进行，和想像中随走随充的无线充电仍有点差别。
利用共振拉长充电距离
为了增加无线充电的距离与充电效率，科学家正在设法利用磁共振的原理进行无线充电。在电路中加入一些电容、电感等特殊的元件，适当连接后，会形成谐振电路。这就好像乐器行一定会有的调音工具──音叉一样。轻敲音叉一次，它可以持续振动一段时间，同样的，对谐振电路短暂通电，电路中也会产生维持 一段时间的讯号。
音叉具有共振这种有趣的物理性质。每支音叉都有自己的发声频率，当一支音叉振动发声时，若附近有另一支发声频率相同的音叉，即使它没有直接受到敲击，也会跟着振动。音叉的共振可以说达成了能量的传递。谐振电路也可以共振，两个振动频率相同的谐振电路放在一起，其中一个开始因为通电而振荡时，另一个电路也会跟着振荡起来，自动产生电流，电能就这样被隔空传送了。这样的现象称为磁共振，用来进行无线充电，可以让充电距离达到数公尺，效率也有所提升。唯一的困难就是，要将两个电路调整到一模一样的频率，并且维持一段时间，并不是容易的事。
除了磁共振之外，也有科学家尝试借由雷射光的光能来充电，甚至是将电能透过和家用的 Wifi 网路相近的电波频段来传送。希望这些技术的突破，能让我们未来在充电时更加方便!

以苹果、三星、中兴通讯等为代表的企业在消费电子、电动汽车领域对无线充电的实践应用将加速千亿市场开启。日前，有媒体报道称，虽然此前iphone7拥有无线充电功能的预言没有实现，但2017年的苹果新机将大概率拥有无线充电功能，与此同时，根据目前企业布局无线充电的情况来看，2017年无线充电不仅在消费电子领域有所突破，在国内电动汽车领域，无线充电也将迎来较大发展契机。无线充电前景无限，那么一起来盘点一下无线充电新技术吧!
1、超声波无线充电：有效范围接近5米
一家名叫uBeam的公司发明了一种全新的无线充电模式，可以利用超声波将电力隔空输送到15英尺(约合4.6米)外的地方。有了这样的产品，只要使用专用的无线充电套，你就可以在充电的同时拿着手机在屋里走动。尽管uBeam的原型产品还比较笨重，但该公司正在努力缩小体积，尽快推向市场。据悉，已经有多家公司希望与uBeam达成战略合作，为顾客提供这种无线隔空充电服务，以便吸引更大客流，包括星巴克、维珍航空、喜达屋酒店以及多家快餐连锁。除此之外，uBeam还与苹果和三星等硬件厂商展开了沟通。
风险投资家似乎也从中看到了机会：知情人士表示，该公司希望寻求总额5000万美元的B轮融资，估值有可能达到或超过5亿美元。但uBeam拒绝对此置评。该公司去年10月获得了由Upfront Ventures领投的1000万美元A轮融资，之前还曾获得了Andreessen Horowitz和Founders Fund等公司的320万美元种子投资。之前有很多公司都尝试过真正的无线充电，但多数都以失败告终，最终只实现了磁共振充电。这种模式必须将设备靠近发射器，甚至直接与发射器接触，所以并没有较插电式充电实现重大突破。

uBeam早期原型机

然而，众多大牌投资者的背书表明，uBeam的无线充电模式可能具备巨大潜力。具体而言，uBeam使用的是超声传导技术，发射器通过插座或建筑物的电力系统取电，然后将其转换成超声波，再将震动发射到内置接收器的设备——例如配备无线充电套的手机，接收器之后负责将超声波震动转换成电力，为移动设备充电。
uBeam表示，这种模式的充电速度与直接使用传统电源类似。
这种超声波隔空充电方式有几大优势。首先，这种技术非常安全，它使用的超声波与监测胎儿时使用的超声波类似。另外，接收器的价格也很便宜，大约只需50美元，甚至更低，而且体积小巧。不仅如此，这些超声波还可以用于传输数据，因此uBeam还可以在物联网领域发挥作用。

但最吸引普通用户的还在于，该种技术的有效范围大约为15英尺，对移动中的设备同样有效。虽然智能手机已经在体积和性能上实现了重大进步，但电池续航能力仍未得到太大改观，这不仅有损了用户体验，还阻碍了整个移动经济的发展。因此，uBeam的技术可能对整个行业形成促进。苹果和三星等科技巨头都在努力解决充电问题，但却迟迟未有进展。因此，他们有可能洽购uBeam。由于uBeam持有多项重要的无线充电专利，这些巨头可能会溢价收购该公司，避免重要技术落入竞争对手之手。
从长期来看，倘若uBeam的无线充电协议果真实现应有的潜力，意味着电线将会逐渐消失。不仅是手机，其他各类用电设备也都将使用这种技术。需要明确的是，uBeam仍在克服一些严峻的技术挑战，最终的产品可能无法在价格、功率、速度和安全方面达到预期。不过，倘若真能实现市场预期，便会成为一项革命性的技术，这也正是投资者梦寐以求的结果。
2、无线充电新技术：微软拟利用聚焦光线来充电
如果你的智能手机在白天就出现了电量耗尽的情况，一般人们都会感到烦恼，大多数人的解决方法就是尝试记住在晚上要为他们的设备充电。即使是这样 做，有时也不够人们日常使用，全天充电有时是很有必要的，为此微软研究院已经制定出了一个潜在的解决方案：AutoCharge。
微软研究人员们描述AutoCharge是一种自动定位桌子上的智能手机，并为它们充电的技术。他们制造的原型充电器可以被安装在天花板上，有两个工作模块：一个监测模块，其采用的是微软的Kinect摄像头，可以扫描像智能手机样子的物体;另一个是充电模式，采用了UltraFire CREE XM-L T6来聚焦LED光线。

该AutoCharge系统采用了基于图像处理来监测和追踪桌上的智能手机，并自动为智能手机充电。充电器会不断地旋转，直到它检测到一个看起来像智能手机的物体，之后将使用太阳能发电技术所产生的光束为智能手机远程充电。换句话说，就是无需电线。
AutoCharge通过蓝牙或手机上的LED和智能手机建立连接。这确保了当电池充满电以后可以停止充电，以及确保那些大小和形状与智能手机类似的物体不能被充电。该系统在识别到有物体出现在了它和智能手机之间，对充电造成干扰时，还可以在50毫秒内自动关闭。