无线电源技术，摆脱束缚实现电力无线传输
以色列Powermat公司开发出一种无线电源，这种被称为“电源垫”的无线电源可通过电磁波实现电力传输，从而省去了连接电源线和电源插座的麻烦。
该公司首席执行官波利亚金表示，这种电源的工作方式有点像RFID电子标签。电子标签通常由阅读器和标签构成，阅读器利用天线在周围形成磁场，与阅读器发射频率调谐的“标签”从磁场中获得能量后转换为电信号发送给阅读器。 这种无线电源也有一个相当于“阅读器”的基座和一个将电磁波转换为电流的“标签”，只不过其基座是一块几毫米厚的垫子，大小可根据需要确定，可以放在桌子上，也可以镶嵌在厨房工作台表面或墙上，它通过电磁场向携带“标签”的电器输电，只要将带有“标签”的电器放到垫子上或垫子附近，即可获得电力。 据称，这种无线电源基座中的发射器能传输100瓦电力，可为4—5个中型电器和一些小电器供电。由于摆脱了电源线和插座的困扰，电器使用起来更加方便，可随意将电视放到房间的任何位置而不必担心附近有没有电源插座，也不用担心被电线绊倒。此外，该电源还具有自我调节功能，可根据电器的工作状态调整供电，使电磁辐射降到最小。 目前，该产品已受到一些电器制造商和服务行业的关注，美国曼哈顿的几家宾馆已安装了这种装置。该公司表示，他们计划明年初将其推向市场，最初使用时要专门为电器配备一个能量接收和转换装置，今后他们拟像蓝牙设备一样将其设计到电器产品中。 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應用中的{zj0}時機。 無線電源傳輸發展史 透過波束發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英哩以外的氖氣照明燈。
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。 最後，在1995年，美國航空暨太空總署(NASA)建立了一個集研究、技術與投資於一身的250MW太陽能動力系統(SPS)，而日本的目標則是在2025年建立一個低成本的示範模型。 波束電源傳輸原理 透過定向天線發射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 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應用向可攜式運算、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索和收集。儘管目前的能量收集技術主要關注的是電源鏈接收端的波束電源，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’。
以色列的Powermat公司xx其专有方法。“与需要很大充电空间的系统不同，我们的系统很紧凑，”Powermat 公司总裁Ron Ferber说，“这就是为什么我们的充电板可以做得很薄的原因，而且我们的电子产品可缩小嵌放在墙壁和天花板表面上。 该技术既可用于诸如手机等功耗相对较低的产品，又可用于笔记本电脑等功耗较高的设备，Ferber说。Powermat公司在CES上展出了预计在秋季面市的产品原型，售价在50到140美元。 据Randall介绍，WildCharge所采用的传导方法使其成本更低，使用更方便。因该技术采用的是待充电设备的金属触点直接与充电板上专有形状的针脚对接的方法，所以用户不必直接把待充设备放到嵌入在充电板的线圈上。“无论你如何安放待充电设备，都对应一个正极和负极。”Randall说。该方法{zg}可输送150W功率。 WildCharge把该技术授权给Griffin International公司，后者已为充电电池开发出一款零售产品。 英特尔的研究人员正在开发一种无需物理接触的方法。它采用一种由麻省理工学院{zx0}研发的磁共振技术，英特尔在其2008年8月召开的年会上，采用相对大的线圈在3英尺的距离内以10MHz频率输送出60W的交流电，接通了一只白炽灯。2008年12月，英特尔在其实验室内，以3英尺的距离输送出12W的直流电为一款小型笔记本电脑供电。 英特尔的目标是找到一种能为其笔记本电脑用户提供无线电源功能的方法。目前，其线圈大小“正好可放在笔记本电脑的折盖内”。英特尔研究小组的首席工程师Joshua Smith说。 标准正在制定 若用户打算用一个充电板给不同厂商的产品充电，则行业需要标准。无线电源联盟正在制定这样一个标准，预计于年内完成。 该组织最初的目标是为以大概120kHz的频率传输5W的感应系统制定一个规范。随后是为用于笔记本电脑的100W系统制定规范。 该联盟包括：两家有各自无线电源技术的初创公司——ConvenientPower和Fulton Innovation；器件供应商国家半导体和TI；潜在用户罗技、奥林巴斯和飞利浦；电池制造商三洋；以及飞利浦的ODM——深圳桑菲消费通信有限公司。 “我们的理想是使OEM以低至1美元的成本生产出电能接收器。”ConvenientPower公司总裁Camille Tang说。 “联盟内有一种建设性的氛围。”Schuessler表示。他称2009年的目标“雄心勃勃，但并非遥不可及。” 今年，在这一领域发生了革命。美国麻省理工学院（MIT）研究小组利用其试制的无线电力传输装置，向约2m以外的60W灯泡供电，成功点亮了灯泡。这一消息在《科学（Science）》网络版——“《科学快讯（ScienceExpress）》”上一经刊登，欧美各大新闻媒体即表现出浓厚的兴趣，“GoodbyeWires”、“WirelessPower Transfer”的标题在全球媒体随处可见。 命名为“Witricity” 在此之前，MIT研究小组曾经通过数值计算进行过理论分析，但是试制装置证实传输电力可行还是首次。关注的焦点是，该装置使用了不同于以往思路的方法以及电力传输效率在传输距离为2m时高达40％。该装置利用1对具备LC电路特性的天线，MIT称其为“磁场耦合共振器（magneticallycoupledresonators）”。MIT研究小组把这一技术概念命名为“Witricity”。不过，对于何时可实用化，可传输到何种程度的电力以及对人体的安全性等，关于Witricity的详细情况，目前依然存在诸多不明之处。 领导MIT研究小组的物理学助理教授马林·索尔贾希克（MarinSoljacic）已确定接受《日经电子》邀请访问日本。在《日经电子》主办的“无线电源革命研讨会——电源线消失之日”上发表演讲。这将是索尔贾希克首次就Witricity在日本发表演讲，我们也对演讲的内容充满期待。 策划这次技术研讨会，起因源于《日经电子》2007年3月26日的特辑“电源终将走入无线”。在这期特辑的采访中，接受采访的技术人员和研究人员曾多次向我们询问“MIT及美国风险公司的开发动向”，令记者感受到这一话题的受关注程度。该领域的日本技术人员经调查已对MIT的行动和在欧美成立了多家无线电源风险公司的情况有所了解，对相关动向极为关心。 如果无线电力传输攻克效率、安全等方面的技术课题，达到实用水平，那么，企划出颠覆以往常识的产品将成为现实。即使可传输的电力十分微弱，也会有非常有益的用途。美国风险公司——Powercast的无线电源技术就是一个例子。该公司的无线电源技术已经得到了美国匹兹堡一家动物园的采用（该公司前身——原美国FireFlyPowerTechnologies的技术），用于对企鹅笼舍中温湿度传感器的充电电池进行远程充电。动物园为了延长使用多块电池的电源系统的循环寿命，在温度低于冰点的笼舍中，采用了无线输送微弱电力的方法。Powercast表示，荷兰飞利浦电子（RoyalPhilips Electronics）将在2007年内上市基于该技术的照明器具。 手机的非接触充电技术同样获得发展 MIT、Powercast等在欧美的数米距离电力传输技术受到了关注，同时，在日本手机厂商间，另一项“使电源线消失”的技术也在稳步发展，那就是“非接触充电技术”。利用该技术，只需把手机放到专用台上，就可以进行充电。设想可以应用于突出防水性能的手机，以及同时对手机、无线耳机等多种便携产品进行充电。不仅手机，为了把该技术应用于数码相机等其他便携产品，相关的开发也在进行当中。 非接触充电技术利用基于线圈的电磁感应，目前已经由电动牙刷、家用无绳电话，PHS所采用。然而迄今为止，由于电力传输效率不够，应用范围还没有涉及到需要大电力的手机。而且在安全方面也存在效率低导致发热量大的问题。时至今日，在日本的部件厂商之间，对于电力传输效率较高的线圈、非接触充电系统的开发日趋活跃。防止错误充电的ID认证方法及在充电的同时进行高速数据传输的方法成为了关注的焦点。NTTDoCoMo等移动通信运营商积极采用非接触充电技术，也成为了激发线圈厂商和手机厂商开发热情的重要原因之一。 让电流通过空气传播，会不会把使用者“雷”到呢？无线电力传输技术不产生辐射，其安全性已经通过FCC、IEEE和CCC等标准认证，不仅不会产生危险，还避免了带电插拔、电源线短路等等可能的安全隐患。在确保安全性的前提下，无线供电方式将可以彻底解决房间布线凌乱、电器位置固定、插座破坏居室装修等等问题，给我们的生活带来更多便利和美观。 更重要的是，无线供电节省了大量的线材，无论是橡胶、塑料抑或铜、锡等金属的消耗都将因此而大幅度减少，节约资源、减少污染，低碳环保。 |
