英特尔的无线供电演示

日本总务省为推动家电无线化实用项目，组织召开了有关人员参加的电波频带分配、电磁辐射安全等研讨会。研讨会上传出消息称，为实现2015年无线供电家电进入实用化阶段的目标，总务省今后将重点推进无线供电家电对人体影响的安全性调查论证。直属总务省的电波政策恳谈会也将于7月份推出有关报告书。该报告书将从淘汰住宅插座，无线供电家电的自由摆放等角度，展示电波无线供电。另外，电动汽车的无线供电电灯、超小型内窥镜电波电力供给等也将在该报告中有所体现。

目前总务省正在组织对无线电电力供给的三种方式：电磁感应性（利用电流通过线圈产生磁力实现近程无线供电）、电波接受型（电力转换成电波近程无线供电）、磁场共鸣型（利用磁场等共鸣效应近程无线供电），进行效率性、安全性的比对测试，在确认均不存在问题的情况下，进行频率的分配，从而稳步推动家电产品无线化进入高效安全的实用化阶段。分析人士认为，在解决安全问题的情况下，无线供电方式将能够有效解决家庭布线、家电固定化、居室墙面、景观破坏等问题，同时将大量节省布线所用的铜、塑料以及人力等资源。

无线供电-共振系统

英特尔的这种无线供电技术，是基于麻省理工大学的一项研究成果而开发的。2007年6月，麻省理工大学的物理学助理教授马林·索尔贾希克（Marin Soljacic）和他的研究团队公开做了一个演示。他们给一个直径的线圈通电，（约）之外连接在另一个线圈上的60瓦灯泡被点亮了。这种马林称之为“WiTricity”技术的原理是“磁耦合共振”，而他本人也因为这一发明获得了麦克阿瑟基金会2008年的天才奖。 新技术所消耗的电能只有传统电磁感应供电技术的百万分之一，不由让人们对室内距离的无线供电重新燃起了希望。而它的关键在于“共振”。

科学家们早就发现，共振是一种非常高效的传输能量方式。两个振动频率相同的物体之间可以高效传输能量，而对不同振动频率的物体几乎没有影响。在马林的这种新技术中，将发送端和接收端的线圈调校成了一个磁共振系统，当发送端产生的振荡磁场频率和接收端的固有频率相同时，接收端就产生共振，从而实现了能量的传输。根据共振的特性，能量传输都是在这样一个共振系统内部进行，对这个共振系统之外的物体不会产生什么影响。这就像是几个厚度不同的玻璃杯不会因为同一频率的声音而同时炸碎一样。最妙的就是这一点了。当发射端通电时，它并不会向外发射电磁波，而只是在周围形成一个非辐射的磁场。这个磁场用来和接收端联络，激发接收端的共振，从而以很小的消耗为代价来传输能量。在这项技术中，磁场的强度将不过和地球磁场强度相似，人们不用担心这种技术会对自己的身体和其他设备产生不良影响。

无线供电-电磁波

电磁波，俗称无线电波是人们非常熟悉的一个概念。正是由于它的发现，才奠定了广播、电视和现代通信技术的基础。电磁波不仅能传输信号，它也能传输电能。美国一家公司Power Cast开发了这项技术，可为各种电子产品充电或供电，包括耗电量相对较低的电子产品，诸如手机、MP3随身听、温度传感器、助听器，甚至汽车零部件和医疗仪器。整个系统基本上包含了两个部件，称为Power Caster的发射器模块和称为Powerharvester的接收器模块，前者可插入在插座上，后者则嵌入在电子产品上(图1)。发送器发射安全的低频电磁波，接收器接收发射频率的电磁波，据称约有70%的电磁信号能量转换为直流电能。该项技术之所以会得到多家厂商的青睐，原因在于它独特的电磁波接收装置，能够根据不同的负载、电场强度来作调整，以维持稳定的直流电压。

无线供电

无线供电-概述

英特尔的无线供电演示

无线供电，是一种方便安全的新技术，无需任何物理上的连接，电能可以近距离无接触地传输给负载。自从广泛使用电能以来，许多人都为了那些电器拖着的长长电线而绞尽脑汁，但无线供电却一直只能作为一个在前方远远招手的梦想。无线供电技术现在也已经出现了，实际上近距离的无线供电技术早在一百多年前就已经出现，而我们现在生活中的很多小东西，都已经在使用无线供电。也许不远的未来，我们还会看到远距离和室内距离的无线供电产品，而不会看到电线杆和高压线，“插头”也将会变成一个历史名词。

无线供电-研究历史

无线输电技术一直是人们关心的课题，早在上世纪初，Nicola Tesla就进行过远距离无线输电的实验研究，虽然该项计划因资金等原因中途夭折，然而远距离无线输电技术一直在进行着。特别是近年来，便携式电子产品大量涌现，以及传感器无线网络技术与MEMS器件的发展，推动了无线供电与无线网络技术的研发，并在理论研究和实用化技术方面取得了初步的成果。早在1890年，这位现代交流电系统的奠基者就开始构想无线供电方法，最后提出了一个非常宏大的方案——把地球作为内导体、距离地面约的电离层作为外导体，在地球与电离层之间建立起大约8Hz的低频共振，再利用环绕地球的表面电磁波来远距离传输电力。他想像广播一样，将电能传遍全球。为此，在J. P. 摩根的资助下，他在纽约长岛建立了高的瓦登克里夫塔（Wardenclyffe Tower）来实现这一构想，但最终被迫放弃。虽然我们现在可以从理论上证明特斯拉的方案的确可行，但是出于世界上各个国家的区隔，这种“天下大同”在短时间内恐怕不会成为现实。

无线供电-无线家电

非辐射性谐振磁耦合方案

日本总务省为推动家电无线化实用项目，组织召开了有关人员参加的电波频带分配、电磁辐射安全等研讨会。研讨会上传出消息称，为实现2015年无线供电家电进入实用化阶段的目标，总务省今后将重点推进无线供电家电对人体影响的安全性调查论证。直属总务省的电波政策恳谈会也将于7月份推出有关报告书。该报告书将从淘汰住宅插座，无线供电家电的自由摆放等角度，展示电波无线供电。另外，电动汽车的无线供电台灯、超小型内窥镜电波电力供给等也将在该报告中有所体现。

目前总务省正在组织对无线电电力供给的三种方式：电磁感应性（利用电流通过线圈产生磁力实现近程无线供电）、电波接受型（电力转换成电波近程无线供电）、磁场共鸣型（利用磁场等共鸣效应近程无线供电），进行效率性、安全性的比对测试，在确认均不存在问题的情况下，进行频率的分配，从而稳步推动家电产品无线化进入高效安全的实用化阶段。分析人士认为，在解决安全问题的情况下，无线供电方式将能够有效解决家庭布线、家电固定化、居室墙面、景观破坏等问题，同时将大量节省布线所用的铜、塑料以及人力等资源。

无线供电-共振系统

英特尔的这种无线供电技术，是基于麻省理工大学的一项研究成果而开发的。2007年6月，麻省理工大学的物理学助理教授马林·索尔贾希克（Marin Soljacic）和他的研究团队公开做了一个演示。他们给一个直径的线圈通电，（约）之外连接在另一个线圈上的60瓦灯泡被点亮了。这种马林称之为“WiTricity”技术的原理是“磁耦合共振”，而他本人也因为这一发明获得了麦克阿瑟基金会2008年的天才奖。 新技术所消耗的电能只有传统电磁感应供电技术的百万分之一，不由让人们对室内距离的无线供电重新燃起了希望。而它的关键在于“共振”。

科学家们早就发现，共振是一种非常高效的传输能量方式。两个振动频率相同的物体之间可以高效传输能量，而对不同振动频率的物体几乎没有影响。在马林的这种新技术中，将发送端和接收端的线圈调校成了一个磁共振系统，当发送端产生的振荡磁场频率和接收端的固有频率相同时，接收端就产生共振，从而实现了能量的传输。根据共振的特性，能量传输都是在这样一个共振系统内部进行，对这个共振系统之外的物体不会产生什么影响。这就像是几个厚度不同的玻璃杯不会因为同一频率的声音而同时炸碎一样。最妙的就是这一点了。当发射端通电时，它并不会向外发射电磁波，而只是在周围形成一个非辐射的磁场。这个磁场用来和接收端联络，激发接收端的共振，从而以很小的消耗为代价来传输能量。在这项技术中，磁场的强度将不过和地球磁场强度相似，人们不用担心这种技术会对自己的身体和其他设备产生不良影响。

无线供电-远程无线

提供无线

尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）的梦想——使用电磁波来远距离供电——也许很快就会变成现实。微波是指那些频率在300MHz到300KMHz之间的电磁波，它的波长在到之间。因为电磁波的频率越高，能量就越集中，方向性也越强，所以人们认为，使用微波来无线传递能量可能是最好的选择。更何况，微波可以通过硅整流二极管天线转换成电能，转化效率可以高达95%以上——这样高的转化率已经可以让人满意了。

在这架无人机起飞之后，地面的高功率发射机通过天线将发射机所产生的微波能量汇聚成能量集中的窄波束，然后将其射向高空飞行的微波飞机。微波飞机通过微波接收天线接收能量，转换成直流电，再由直流电动机带动飞机的螺旋桨旋转。因为无需携带燃料和发动机，这种飞机的有效载荷将会大大提升。其实早在1968年，美国航天工程师彼得·格拉泽(Peter Glaser)就已经更进一步，提出了空间太阳能发电(SSP，Space Solar Power)的概念。他设想在大气层外通过卫星收集太阳能发电，然后通过微波将能量无线传输回地面，并且重新转化成电能供人使用。这一设想，不是在仅数十千米的距离上用微波传递能量，而是要把能量在三万多千米之外，从太空精确地射向地面接收站。

无线供电-电磁波

电磁波，俗称无线电波是人们非常熟悉的一个概念。正是由于它的发现，才奠定了广播、电视和现代通信技术的基础。电磁波不仅能传输信号，它也能传输电能。美国一家公司Power Cast开发了这项技术，可为各种电子产品充电或供电，包括耗电量相对较低的电子产品，诸如手机、MP3随身听、温度传感器、助听器，甚至汽车零部件和医疗仪器。整个系统基本上包含了两个部件，称为Power Caster的发射器模块和称为Powerharvester的接收器模块，前者可插入在插座上，后者则嵌入在电子产品上(图1)。发送器发射安全的低频电磁波，接收器接收发射频率的电磁波，据称约有70%的电磁信号能量转换为直流电能。该项技术之所以会得到多家厂商的青睐，原因在于它独特的电磁波接收装置，能够根据不同的负载、电场强度来作调整，以维持稳定的直流电压。

无线供电-磁耦合

电磁感应是一项基本原理，交流电源中一个重要部件变压器就是利用它工作的，变压器由一个磁芯和二个线圈，即初级线圈与次级线圈组成。当初级线圈两端加上一个交变电压时，磁芯中就会产生一个交变磁场，从而在次级线圈上感应一个相同频率的交流电压，电能就从输入电路传输至输出电路。对所示的变压器基本电路，两个端口的电压降可表示为：
V1=jwL1I1-jwMI2
Y2=jwMI1-jwL2I2=ZLI2
式中L1、L2和M分别为初级电感、次级电感与互感，ZL是负载电阻。初、次级间耦合度可用耦合系数K来定义：
K=M/
耦合系数反映了变压器的优值，对于一个近似于理想的变压器，可简单表示为：
V1/V2≈L1/L2≈N1/N2
式中N1与N2分别是两个电感的匝数，就是所说的电压比等于匝数比。
对于无线供电或充电的装置而言，其初级线圈与次级线圈处于两个分离的各自部件中，因而线圈间的耦合是比较松散的。最早使用电磁感应原理的是电动牙刷。电动牙刷经常接触水，不采用直接充电方案，在充电座和牙刷中各有一个线圈，当牙刷放在充电座上时就有磁耦合作用，类似一个变压器，感应电压整流后就可对镍镉电池充电，整个电路消耗功率约3W。

无线供电-谐振磁耦合

电动牙刷

非辐射性谐振磁耦合方案，麻省理工学院(MIT)以Marin Solijacic为首的研究团队首次演示了灯泡的无线供电技术，他们从的距离成功地点亮了一个60W灯泡。这个实验立即引起了人们的极大关注并进行了广泛的报道。演示装置包括直径为的匹配铜线圈，以及与电源相连的工作频率在兆赫范围的传输线圈。接收线圈在非辐射性磁场内部发生谐振，并以相同的频率振荡，然后有效地利用磁感应来点亮灯泡。他们还发现，既使两个谐振线圈间有障碍物存在时，也能让灯泡继续发光。

这项称为Witricity的无线供电技术，关键在于非辐射性磁耦合的使用，两个相同频率的谐振物体产生很强的相互耦合。普通的磁耦合被用于短距离范围，它要求被供电或充电的设备非常靠近感应线圈，因为磁场能量会随距离的增加而迅速衰减，因而在传统的磁感应中，距离只能通过增强磁场强度来增加。与此不同，Witricity使用匹配的谐振天线，可使磁耦合在几英尺的距离内发生，而不需要增强磁场强度。电磁波无线功率传输虽然有较长的传输距离，但传输的功率只有几微瓦到几毫瓦。该团队在成功地点亮灯泡后，准备通过设计一个装置来演示以无线方式对笔记本电脑进行供电(图7)。电能通过导线1输送至10MHz谐振线圈天线2，“能量尾巴”3到达外的接收线圈，接收线圈4以相同频率谐振，接收的电能经耦合匹配，整流后供笔记本电脑使用。来传输电能5驻留在谐振场中，不像辐射电磁波将很多电能浪费在辐射空间中。

MIT研究人员认为，他们发现的是一种全新的无线供电方法，非辐射电磁能谐振隧道效应。例如在微波波段，一个号角波导产生一个衰减(Evanescent)电磁波，倘若接收波导支持相应效率的电磁波模式，即衰减场传播波模式，能量就从一个媒体以隧道方式传输至另一个媒体。换句话说，衰减波耦合是隧道效应在电磁场中的具体体现。在本质上，这个过程与量子隧道效应相同，只是电磁波替代了量子力学中的波函数。这个方法也称为共振感应耦合，以区别于普通电磁感应耦合，它使用单层线圈，两端放置一个平板电容器，共同组成谐振回路，减少能量的浪费。

也有研究人员认为，MIT的实验可用电磁波近距离(在波长的范围内)辐射原理来解释，此前已有类似的技术，比如无源RFID标签。谐振耦合虽能增加传输距离，但因增加了一个电容器，从而也增加了体积。此外，谐振回路有一个重要参数品质因子，高品质因子表明谐振时能量损耗少，另一方面，高品质因子意味着谐振带宽窄，会带来系统设计的难度。除了上述因素，还要考虑：
安全性：人们佩带的金属质项圈、项链等也是一个环形线圈，在某些场合若形成谐振回路会影响系统工作，也存在一些不安全因素。
串扰：串扰是同一个场所内各种电磁波间不希望有的耦合。这个问题是现实存在的，应予以关注和解决。
效率：线圈之间的耦合有极强的方向性。平行时耦合强，垂直时几乎没有耦合，被供电设备的放置会对效率有很大影响。