無線充電不只有Qi，詳解WiTricity的突圍武器

　　對于無線充電，大家了解得最多的應該是WPC推動的Qi標準，另外還有來自A4WP和PMA的相關標準，然而這幾大聯(lián)盟雖然能夠實現(xiàn)無線充電，但由于都是采用電磁感應實現(xiàn)電力傳輸，因此有著各種各樣的制肘。就拿應用最廣的Qi標準來說，在實施無線充電的時候，不但對手機的擺放距離有要求，同時在手機的擺放位置上要求都比較苛刻。就方便應用來說，這種充電方式未免能夠吸引更多的消費者的興趣。

　　而美國WiTricity公司早前推出的無線充電技術則可以完全解決這些問題，由于采用了磁共振的無線充電技術，它允許手機離開充電器的一段距離充電，同時對位置要求要沒那么嚴格，同時還可以同時為多款設備充電。而它能做到的不僅僅是充電。難道這才是無線充電的未來？

　　Witricity的前世今生

　　代號為“Witricity”的技術最早是由美國MIT助理教授Marin Soljacic發(fā)明的，他并在前幾年的美國物理研究所舉行的工業(yè)物理論壇上介紹了這一成果，據(jù)之前的展示，他們可以達成了透過無線充電的方式點亮兩公尺外的60W燈泡的初步目標。之后該技術相關團隊就從MIT獨立出來成立了同名的Witricity公司。

　　不同于Qi等標準的電磁感應式充電，Witricity是以磁場共振的方式來實現(xiàn)無線供電。而實現(xiàn)無線傳輸電力的關鍵在于磁場耦合共振器（Magnetically Coupled Resonator），也就是圖1中左右兩端的線圈裝置，同種的共振器是一對用6毫米銅線纏繞5.25圈，具備電感電容（LC）特性的線圈型天線，其LC共振頻率為9.90MHz。

　　圖1

　　這個技術的關鍵在于非輻射性磁耦合的使用?！皟蓚€相同頻率的諧振物體將會產(chǎn)生很強的相互耦合，而只有與遠離諧振環(huán)境的物體有較弱的交互，” Soljacic表示，“正是物理原理實現(xiàn)了非輻射性無線能量的傳輸?！?/p>

　　目前，磁耦合被用于短距離范圍，以對電池進行充電，如在電子牙刷中，但它要求正在充電的設備非?？拷袘€圈，這是因為磁場能量隨著距離變大會迅速丟失。在傳統(tǒng)的磁感應中，距離只能通過增加磁場強度來增加。

　　另一方面，WiTricity使用匹配的諧振天線，可使磁耦合在幾英尺的距離內(nèi)發(fā)生，而不需要增強磁場強度。其它組織則演示了較長距離的射頻無線功率傳輸，但傳輸?shù)墓β手挥袔孜⑼叩綆缀镣摺?/p>

　　演示裝置（圖2）包括直徑約為3英尺的匹配的銅線圈，以及與電源相連的工作頻率在兆赫范圍的傳輸線圈。接收線圈在非輻射性磁場內(nèi)部發(fā)生諧振，并以相同的頻率振蕩，然后有效地利用磁感應來點亮燈泡。

　　圖2

　　Soljacic在燈泡演示中讓他的整個設計團隊成員站在發(fā)送和接收天線之間，這表明諧振天線甚至其間有有物理存在時也能保持耦合。燈泡繼續(xù)發(fā)光，而不受障礙物的影響。該團隊聲稱，如果沒有匹配天線產(chǎn)生的諧振，那么將會有一百萬多倍的能量被用在傳輸線圈中，以實現(xiàn)傳統(tǒng)的非輻射性磁感應。

　　MIT的實驗配置如下：

　　一對半徑30公分的LC共振器，彼此距離兩公尺，以及在接收端上配置的60瓦燈泡（圖7）。首先，從Colpitts共振器利用電磁誘導將電力送到傳送器的線圈，然后因磁場共振，將電力傳送到接收器的線圈，之后再利用電磁誘導提供電力給電燈而發(fā)亮。乍看之下整個系統(tǒng)似乎找不到電容器，但其實是分布于導線中的靜電容量就是電容器。實驗系統(tǒng)的共振頻率約為10MHz，與利用Maxwell方程式所解出來的理論值相當一致。唯一還須進一步說明的是純銅的Q值為2，300，而系統(tǒng)的實際測定值為1，000。目前研究團隊認為這是導線表面氧化所造成的。因為10MHz的高頻將對導線造成集膚效應（Skin Effect），使電流僅在導線表面10微米薄層流過。