以色列Powermat公司開發出一種無線電源，這種被稱為“電源墊”的無線電源可通過電磁波實現電力傳輸，從而省去了連線電源線和電源插座的麻煩。
基本介紹
- 中文名：無線電源技術
- 研發公司：以色列Powermat公司
概述,發展史,傳輸原理,發展前景,聯盟標準,命名,獲得發展,原理,
概述
該公司執行長波利亞金表示，這種電源的工作方式有點像RFID電子標籤。電子標籤通常由閱讀器和標籤構成，閱讀器利用天線在周圍形成磁場，與閱讀器發射頻率調諧的“標籤”從磁場中獲得能量後轉換為電信號傳送給閱讀器。
這種無線電源也有一個相當於“閱讀器”的基座和一個將電磁波轉換為電流的“標籤”，只不過其基座是一塊幾毫米厚的墊子，大小可根據需要確定，可以放在桌子上，也可以鑲嵌在廚房工作檯表面或牆上，它通過電磁場向攜帶“標籤”的電器輸電，只要將帶有“標籤”的電器放到墊子上或墊子附近，即可獲得電力。
據稱，這種無線電源基座中的發射器能傳輸100瓦電力，可為4—5箇中型電器和一些小電器供電。由於擺脫了電源線和插座的困擾，電器使用起來更加方便，可隨意將電視放到房間的任何位置而不必擔心附近有沒有電源插座，也不用擔心被電線絆倒。此外，該電源還具有自我調節功能，可根據電器的工作狀態調整供電，使電磁輻射降到最小。
目前，該產品已受到一些電器製造商和服務行業的關注，美國曼哈頓的幾家賓館已安裝了這種裝置。該公司表示，他們計畫明年初將其推向市場，最初使用時要專門為電器配備一個能量接收和轉換裝置，今後他們擬像藍牙設備一樣將其設計到電器產品中。
目前各式各樣備受吹捧的無線產品或許應該被明確稱為無線‘通訊’裝置才更恰當，因為從某方面來說，它們仍然需要藉由一條電線把電源從牆上的插座傳送到設備中，而不是全然的‘無線’。但另外一方面，人們早已能夠利用無線方式將數百千瓦的電源成功地進行遠距離傳輸。雖然對於無線電源傳輸的關注長久以來都集中在百萬瓦級(MW，如太陽能收集)或毫瓦級(mW，如RFID)，而現在正是將這項技術導入到各種可攜式無線套用中的最佳時機。
發展史
通過波束髮射電源的想法並不新奇。早在1899年，Nikola Tesla在Wardenclyffe進行的無線電源傳輸實驗就證明，可以在不使用電線的情況下點亮25英里以外的氖氣照明燈。
而成立於1934年的美國聯邦通訊委員會(FCC)，則將2.4-2.5GHz的頻段保留給工業、科學和醫療(ISM)領域，使人們可以在該範圍進行重要的科學研究。早於二次世界大戰期間，就已利用磁電管將電能成功轉換成微波的技術，但是將微波轉回電流的方法卻一直到1964年，William C. Brown才成功地研發出一款可將微波轉換成電流的矽整流二極體天線。
1968年，Peter Glaser提出了在電源能量遠低於國際安全標準的條件下，利用微波從太陽能動力衛星向地面傳輸電源的想法；而在1987年10月7日的一項固定高海拔中繼平台(SHARP)實驗中，一架小型飛機透過RF(無線射頻)波束提供的動力在空中飛行。此次飛行首開國際航空聯盟實驗之先河。
傳輸原理
通過定向天線發射RF電源其實是一個無損耗的過程，其產出效率大概在85%左右，足以與任一款高性能的開關調節器相媲美。兩個天線之間的能量傳輸效率由天線的尺寸、RF波的波長以及兩天線間的距離來決定(這裡為了簡化問題假定無傳輸損耗，因此方程式中不包含波束強度)。如果假設發射天線直徑為DT、接收天線直徑為DR、RF波長為λ(λ=1/f，f為RF頻率)、天線距離為H，而k為一比例常數(通常選擇1.2)，我們可以得到：
DTDR=2kλH
當然也必須考慮到電源密度的問題。例如，美國食品暨藥物管理局(FDA)強制規定在距微波爐表面兩英吋處，每平方公分的微波輻射應為5毫瓦。除了滿足方程式之外，這樣的安全要求也可能會對天線尺寸的迷你化加以限制。
無線電源傳輸的需求前景非常明朗。目前有關的建置技術已經解決，現在所必須努力的就是大規模將該技術從百萬瓦級和毫瓦級套用向可攜式運算、消費和通訊設備領域擴展。因為既然已經省去了訊號線，就使得無線通訊裝置中的電源線顯得異常突兀和刺眼。例如目前的平面電視可以掛在牆上，如果電源也能不必插到牆上的插座那就太棒了。
發展前景
繼收集周圍環境中的雜散電源之後，波束電源傳輸應該是接下來要做的事情。從產業角度來看，電源收集本身雖然是一個新概念，但是目前已經逐漸為技術人員所接受。
事實上，有人可能會認為在目前的狀況下，將‘收集’形容為‘淨化’也許更為恰當，因為這個概念主要是指對漂浮在空氣中的雜散能量進行搜尋和收集。儘管目前的能量收集技術主要關注的是電源連結收端的波束電源，而實際上就整個產業來看，能量收集應該是從源頭開始的整個過程，並將能量收集的模式從‘能量在你所能發現之處’轉變為‘能量始於無線建置之處’。
目前至少有6、7家公司提供磁耦合技術，大都採用的是感應方法。
以色列的Powermat公司押寶其專有方法。“與需要很大充電空間的系統不同，我們的系統很緊湊，”Powermat 公司總裁Ron Ferber說，“這就是為什麼我們的充電板可以做得很薄的原因，而且我們的電子產品可縮小嵌放在牆壁和天花板表面上。
該技術既可用於諸如手機等功耗相對較低的產品，又可用於筆記本電腦等功耗較高的設備，Ferber說。Powermat公司在CES上展出了預計在秋季面市的產品原型，售價在50到140美元。
據Randall介紹，WildCharge所採用的傳導方法使其成本更低，使用更方便。因該技術採用的是待充電設備的金屬觸點直接與充電板上專有形狀的針腳對接的方法，所以用戶不必直接把待充設備放到嵌入在充電板的線圈上。“無論你如何安放待充電設備，都對應一個正極和負極。”Randall說。該方法最高可輸送150W功率。
WildCharge把該技術授權給Griffin International公司，後者已為充電電池開發出一款零售產品。
英特爾的研究人員正在開發一種無需物理接觸的方法。它採用一種由麻省理工學院最先研發的磁共振技術，英特爾在其2008年8月召開的年會上，採用相對大的線圈在3英尺的距離內以10MHz頻率輸送出60W的交流電，接通了一隻白熾燈。2008年12月，英特爾在其實驗室內，以3英尺的距離輸送出12W的直流電為一款小型筆記本電腦供電。
英特爾的目標是找到一種能為其筆記本電腦用戶提供無線電源功能的方法。目前，其線圈大小“正好可放在筆記本電腦的折蓋內”。英特爾研究小組的首席工程師Joshua Smith說。
聯盟標準
若用戶打算用一個充電板給不同廠商的產品充電，則行業需要標準。無線充電聯盟已經制定這樣一個標準，命名為“QI標準”。
該組織最初的目標是為以大概120kHz的頻率傳輸5W的感應系統制定一個規範。隨後是為用於筆記本電腦的100W系統制定規範。
該聯盟包括：兩家有各自無線電源技術的初創公司——ConvenientPower和Fulton Innovation；器件供應商國家半導體和TI；潛在用戶羅技、奧林巴斯和飛利浦；電池製造商三洋；以及飛利浦的ODM——深圳桑菲消費通信有限公司。
“我們的理想是使OEM以低至1美元的成本生產出電能接收器。”ConvenientPower公司總裁Camille Tang說。
“聯盟內有一種建設性的氛圍。”Schuessler表示。他稱2009年的目標“雄心勃勃，但並非遙不可及。”
手機、筆記本電腦的無線數據收發技術，在傳輸速度高速化等方面，正在穩步發展。但也有一項技術，技術人員和研究人員雖然長年企盼，卻總是難以實現。那就是能夠無線傳輸電力的“無線電源”。
今年，在這一領域發生了革命。美國麻省理工學院（MIT）研究小組利用其試製的無線電力傳輸裝置，向約2m以外的60W燈泡供電，成功點亮了燈泡。這一訊息在《科學（Science）》網路版——“《科學快訊（ScienceExpress）》”上一經刊登，歐美各大新聞媒體即表現出濃厚的興趣，“GoodbyeWires”、“WirelessPower Transfer”的標題在全球媒體隨處可見。
命名
在此之前，MIT研究小組曾經通過數值計算進行過理論分析，但是試製裝置證實傳輸電力可行還是首次。關注的焦點是，該裝置使用了不同於以往思路的方法以及電力傳輸效率在傳輸距離為2m時高達40%。該裝置利用1對具備LC電路特性的天線，MIT稱其為“磁場耦合共振器（magneticallycoupledresonators）”。MIT研究小組把這一技術概念命名為“Witricity”。不過，對於何時可實用化，可傳輸到何種程度的電力以及對人體的安全性等，關於Witricity的詳細情況，目前依然存在諸多不明之處。
領導MIT研究小組的物理學助理教授馬林·索爾賈希克（MarinSoljacic）已確定接受《日經電子》邀請訪問日本。在《日經電子》主辦的“無線電源革命研討會——電源線消失之日”上發表演講。這將是索爾賈希克首次就Witricity在日本發表演講，我們也對演講的內容充滿期待。
策劃這次技術研討會，起因源於《日經電子》2007年3月26日的特輯“電源終將走入無線”。在這期特輯的採訪中，接受採訪的技術人員和研究人員曾多次向我們詢問“MIT及美國風險公司的開發動向”，令記者感受到這一話題的受關注程度。該領域的日本技術人員經調查已對MIT的行動和在歐美成立了多家無線電源風險公司的情況有所了解，對相關動向極為關心。
如果無線電力傳輸攻克效率、安全等方面的技術課題，達到實用水平，那么，企劃出顛覆以往常識的產品將成為現實。即使可傳輸的電力十分微弱，也會有非常有益的用途。美國風險公司——Powercast的無線電源技術就是一個例子。該公司的無線電源技術已經得到了美國匹茲堡一家動物園的採用（該公司前身——原美國FireFlyPowerTechnologies的技術），用於對企鵝籠舍中溫濕度感測器的充電電池進行遠程充電。動物園為了延長使用多塊電池的電源系統的循環壽命，在溫度低於冰點的籠舍中，採用了無線輸送微弱電力的方法。Powercast表示，荷蘭飛利浦電子（RoyalPhilips Electronics）將在2007年內上市基於該技術的照明器具。
獲得發展
MIT、Powercast等在歐美的數米距離電力傳輸技術受到了關注，同時，在日本手機廠商間，另一項“使電源線消失”的技術也在穩步發展，那就是“非接觸充電技術”。利用該技術，只需把手機放到專用台上，就可以進行充電。構想可以套用於突出防水性能的手機，以及同時對手機、無線耳機等多種便攜產品進行充電。不僅手機，為了把該技術套用於數位相機等其他便攜產品，相關的開發也在進行當中。
非接觸充電技術利用基於線圈的電磁感應，目前已經由電動牙刷、家用無繩電話，PHS所採用。然而迄今為止，由於電力傳輸效率不夠，套用範圍還沒有涉及到需要大電力的手機。而且在安全方面也存在效率低導致發熱量大的問題。時至今日，在日本的部件廠商之間，對於電力傳輸效率較高的線圈、非接觸充電系統的開發日趨活躍。防止錯誤充電的ID認證方法及在充電的同時進行高速數據傳輸的方法成為了關注的焦點。NTTDoCoMo等移動通信運營商積極採用非接觸充電技術，也成為了激發線圈廠商和手機廠商開發熱情的重要原因之一。
非輻射性磁耦合共振
無線供電技術的一種方案。
2007年6月，由美國麻省理工學院的物理學助理教授馬林·索爾賈希克(Marin Soljacic)創立的團隊進行了一項震驚全球的演示——他們成功地點亮了一個兩米開外的60瓦燈泡，而在電源和燈泡之間沒有使用任何電線，這個被馬林稱為“WiTricity”的技術利用了“非輻射性磁耦合共振”原理，兩個耦合線圈頻率一致，通過共振便能實現遠距離高效無線電力傳輸。
原理
無線電源技術是一種利用無線電傳輸電力能量的技術，它要求傳輸效率儘可能高，傳輸功率儘可能大，這樣才能滿足對電力的需求。其研究套用領域涉及廣泛，傳輸功率相差較大，小到用於生物移植的幾十毫瓦、小型設備幾十瓦功率，大到電動汽車或運動機器人的上千瓦功率以及磁懸浮列車套用的上兆瓦功率。目前存在三種解決技術：電磁感應技術、無線電波技術和電磁共振技術。
電磁感應技術
此技術類似電力系統中常用的變壓器技術。在變壓器的原邊通入交變電流，副邊由於電磁感應原理會產生感應電動勢，若副邊電路連通，即可出現感應電流，其方向遵從楞次定律，大小可由麥克斯韋電磁理論解出。相對於無線電源而言，變壓器的原邊相當於電源發射線圈，副邊相當於電源接收線圈，這樣就可以實現電能從發射線圈到接收線圈的無線傳輸。這種非接觸式無線電力傳輸方式製造成本較低、結構簡單、技術可靠、傳輸功率可從幾瓦到幾百瓦。
但是傳送距離小於25px,被充電產品必須置於充電器附近，充電器必須具備對被充電產品進行辨識的能力，否則會向附近任意金屬傳輸能量，導致其發熱並產生危險。
電磁共振技術
這種技術基於電磁共振耦合原理，需要的發射和接收兩個共振系統可分別由感應線圈製成。通過調整發射頻率使發射端以某一高頻率振動，其產生的不是瀰漫於各處的普通電磁波，在兩個線圈間形成一種能量通道。接收端的固有頻率與發射端頻率相同，因而發生了共振。隨著每一次共振，接收端感應器中會有更多的電壓產生。經過多次共振，感應器表面就會集聚足夠的能量，這樣接收端在此非輻射磁場中接收能量，從而完成了磁能到電能的轉換，實現了電能的無線傳輸。這種非接觸式無線電力傳輸方式傳輸功率可達幾千瓦、傳送距離可達3~4米，但是必須對所需頻率進行保護，在幾米範圍內進行傳輸需要幾MHz到幾百MHz的頻率。
無線電波技術
這種技術是利用微波或雷射形式來實現電能的遠程傳輸，系統由電磁波發生器、發射天線、接收天線、高頻電磁波整流器、變電設備和有線電網組成。
電磁波發生器是微波源或雷射器，把電源傳送的電能轉變為大功率、高頻的電磁波，饋送給發射天線;發射天線將電磁波傳送出去;接收天線收集電磁波的能量並輸入高頻電磁波整流器，產生的高壓直流電經逆變後送入有線電網。這種非接觸式無線電力傳輸方式傳送距離可達10m,但是傳輸功率小(最高100mW)、功效低，發射器無線電波傳送的大量功率以無線電波的方式被浪費掉。
可以實現電能從發射線圈到接收線圈的無線傳輸。這種非接觸式無線電力傳輸方式製造成本較低、結構簡單、技術可靠、傳輸功率可從幾瓦到幾百瓦。
