［前言］ 每次要幫手機、電腦，或者其他各種電器充電時，總是要接一條充電線，充電線一多，還常常接錯，實在非常麻煩。幸好，現在愈來愈多的電子產品，開始使用無線充電的技術了！只要優(yōu)雅的將手機放在一個小小的、像杯墊一樣的東西上面，不必接線就能輕松充電，這么厲害的科技背后有什么原理呢？讓我們一起來探究其中奧妙。

　　每次要幫手機、電腦，或者其他各種電器充電時，總是要接一條充電線，充電線一多，還常常接錯，實在非常麻煩。幸好，現在愈來愈多的電子產品，開始使用無線充電的技術了！只要優(yōu)雅的將手機放在一個小小的、像杯墊一樣的東西上面，不必接線就能輕松充電，這么厲害的科技背后有什么原理呢？讓我們一起來探究其中奧妙。

　　電與磁的交互作用

　　一般見到的無線充電，運用的是電流磁效應和電磁感應的原理。1819 年，丹麥科學家厄斯特觀察到一段導線上如果通有電流，四周將會產生磁場，可以讓指北針偏轉。后人則進一步發(fā)現，將導線圍成環(huán)狀，甚至繞成線圈，產生的磁場將會更強、更集中，這稱為電流磁效應。

　　至于電磁感應，則是在 1831 年由法拉第發(fā)現的。讓一塊磁鐵或其他的磁場來源靠近一段沒有電流的線圈，線圈上就會產生感應電流，稱為電磁感應。值得注意的是，電磁感應的成立要點是磁場要有變化，例如磁鐵愈來愈靠近 （愈來愈遠離其實也可以）。外加磁場若是一直保持不變，是不會有感應電流的。

　　電流磁效應

　　總而言之，電流磁效應就是電流的流動在四周產生磁場，電磁感應則是不斷變化的外加磁場使線圈產生感應電流。

　　利用電磁感應來充電

　　這兩種物理現象同時運用，就可以進行無線充電。目前的無線充電設備，都包含一個充電座，里面其實正是線圈。將充電座接到家用插頭后，線圈周圍會因為電流磁效應而產生磁場。要充電的電子產品，里面也都有一個線圈，當它靠近充電座時，充電座的磁場將透過電磁感應，在電子產品的線圈上產生感應電流。感應電流導引到電池，就完成了充電座和電子產品間的無線充電。

　　你可能會問，磁場不是要改變才能有電磁感應嗎？可是充電座與充電的對象距離卻始終保持不變，這樣為何會有電磁感應呢？原來，家用插座中流出的電是交流電，也就是說電流的方向不斷的交替變化，一會兒順著流，一會兒反著流。正因為如此，充電座線圈產生的磁場隨之不斷在變換方向，并非保持不變，符合電磁感應的要件。

　　近來愈來愈多智慧型手機、平板電腦開始提供無線充電的功能，但是不幸的是，它們充電的時候，只要離充電座的距離稍遠一些，充電效率就會明顯下降。即便是最新的技術，充電距離也不能超過5公分，事實上，目前絕大部分可以無線充電的行動裝置，都是要完全平放在充電座上才能進行，和想像中隨走隨充的無線充電仍有點差別。

　　利用共振拉長充電距離

　　為了增加無線充電的距離與充電效率，科學家正在設法利用磁共振的原理進行無線充電。在電路中加入一些電容、電感等特殊的元件，適當連接后，會形成諧振電路。這就好像樂器行一定會有的調音工具──音叉一樣。輕敲音叉一次，它可以持續(xù)振動一段時間，同樣的，對諧振電路短暫通電，電路中也會產生維持 一段時間的訊號。

　　音叉具有共振這種有趣的物理性質。每支音叉都有自己的發(fā)聲頻率，當一支音叉振動發(fā)聲時，若附近有另一支發(fā)聲頻率相同的音叉，即使它沒有直接受到敲擊，也會跟著振動。音叉的共振可以說達成了能量的傳遞。諧振電路也可以共振，兩個振動頻率相同的諧振電路放在一起，其中一個開始因為通電而振蕩時，另一個電路也會跟著振蕩起來，自動產生電流，電能就這樣被隔空傳送了。這樣的現象稱為磁共振，用來進行無線充電，可以讓充電距離達到數公尺，效率也有所提升。唯一的困難就是，要將兩個電路調整到一模一樣的頻率，并且維持一段時間，并不是容易的事。

　　除了磁共振之外，也有科學家嘗試借由雷射光的光能來充電，甚至是將電能透過和家用的 Wifi 網路相近的電波頻段來傳送。希望這些技術的突破，能讓我們未來在充電時更加方便！

　　以蘋果、三星、中興通訊等為代表的企業(yè)在消費電子、電動汽車領域對無線充電的實踐應用將加速千億市場開啟。日前，有媒體報道稱，雖然此前iphone7擁有無線充電功能的預言沒有實現，但2017年的蘋果新機將大概率擁有無線充電功能，與此同時，根據目前企業(yè)布局無線充電的情況來看，2017年無線充電不僅在消費電子領域有所突破，在國內電動汽車領域，無線充電也將迎來較大發(fā)展契機。無線充電前景無限，那么一起來盤點一下無線充電新技術吧！

　　1、超聲波無線充電：有效范圍接近5米

　　一家名叫uBeam的公司發(fā)明了一種全新的無線充電模式，可以利用超聲波將電力隔空輸送到15英尺（約合4.6米）外的地方。有了這樣的產品，只要使用專用的無線充電套，你就可以在充電的同時拿著手機在屋里走動。盡管uBeam的原型產品還比較笨重，但該公司正在努力縮小體積，盡快推向市場。據悉，已經有多家公司希望與uBeam達成戰(zhàn)略合作，為顧客提供這種無線隔空充電服務，以便吸引更大客流，包括星巴克、維珍航空、喜達屋酒店以及多家快餐連鎖。除此之外，uBeam還與蘋果和三星等硬件廠商展開了溝通。

　　風險投資家似乎也從中看到了機會：知情人士表示，該公司希望尋求總額5000萬美元的B輪融資，估值有可能達到或超過5億美元。但uBeam拒絕對此置評。該公司去年10月獲得了由Upfront Ventures領投的1000萬美元A輪融資，之前還曾獲得了Andreessen Horowitz和Founders Fund等公司的320萬美元種子投資。之前有很多公司都嘗試過真正的無線充電，但多數都以失敗告終，最終只實現了磁共振充電。這種模式必須將設備靠近發(fā)射器，甚至直接與發(fā)射器接觸，所以并沒有較插電式充電實現重大突破。

　　uBeam早期原型機

　　uBeam早期原型機

　　然而，眾多大牌投資者的背書表明，uBeam的無線充電模式可能具備巨大潛力。具體而言，uBeam使用的是超聲傳導技術，發(fā)射器通過插座或建筑物的電力系統(tǒng)取電，然后將其轉換成超聲波，再將震動發(fā)射到內置接收器的設備——例如配備無線充電套的手機，接收器之后負責將超聲波震動轉換成電力，為移動設備充電。

　　uBeam表示，這種模式的充電速度與直接使用傳統(tǒng)電源類似。

　　這種超聲波隔空充電方式有幾大優(yōu)勢。首先，這種技術非常安全，它使用的超聲波與監(jiān)測胎兒時使用的超聲波類似。另外，接收器的價格也很便宜，大約只需50美元，甚至更低，而且體積小巧。不僅如此，這些超聲波還可以用于傳輸數據，因此uBeam還可以在物聯網領域發(fā)揮作用。

　　uBeam模式原理圖

　　但最吸引普通用戶的還在于，該種技術的有效范圍大約為15英尺，對移動中的設備同樣有效。雖然智能手機已經在體積和性能上實現了重大進步，但電池續(xù)航能力仍未得到太大改觀，這不僅有損了用戶體驗，還阻礙了整個移動經濟的發(fā)展。因此，uBeam的技術可能對整個行業(yè)形成促進。蘋果和三星等科技巨頭都在努力解決充電問題，但卻遲遲未有進展。因此，他們有可能洽購uBeam。由于uBeam持有多項重要的無線充電專利，這些巨頭可能會溢價收購該公司，避免重要技術落入競爭對手之手。

　　從長期來看，倘若uBeam的無線充電協議果真實現應有的潛力，意味著電線將會逐漸消失。不僅是手機，其他各類用電設備也都將使用這種技術。需要明確的是，uBeam仍在克服一些嚴峻的技術挑戰(zhàn)，最終的產品可能無法在價格、功率、速度和安全方面達到預期。不過，倘若真能實現市場預期，便會成為一項革命性的技術，這也正是投資者夢寐以求的結果。

　　2、無線充電新技術：微軟擬利用聚焦光線來充電

　　如果你的智能手機在白天就出現了電量耗盡的情況，一般人們都會感到煩惱，大多數人的解決方法就是嘗試記住在晚上要為他們的設備充電。即使是這樣 做，有時也不夠人們日常使用，全天充電有時是很有必要的，為此微軟研究院已經制定出了一個潛在的解決方案：AutoCharge。

　　微軟研究人員們描述AutoCharge是一種自動定位桌子上的智能手機，并為它們充電的技術。他們制造的原型充電器可以被安裝在天花板上，有兩個工作模塊：一個監(jiān)測模塊，其采用的是微軟的Kinect攝像頭，可以掃描像智能手機樣子的物體；另一個是充電模式，采用了UltraFire CREE XM-L T6來聚焦LED光線。

　　該AutoCharge系統(tǒng)采用了基于圖像處理來監(jiān)測和追蹤桌上的智能手機，并自動為智能手機充電。充電器會不斷地旋轉，直到它檢測到一個看起來像智能手機的物體，之后將使用太陽能發(fā)電技術所產生的光束為智能手機遠程充電。換句話說，就是無需電線。

　　AutoCharge通過藍牙或手機上的LED和智能手機建立連接。這確保了當電池充滿電以后可以停止充電，以及確保那些大小和形狀與智能手機類似的物體不能被充電。該系統(tǒng)在識別到有物體出現在了它和智能手機之間，對充電造成干擾時，還可以在50毫秒內自動關閉。

　　撬開”工業(yè)4.0+物聯網”生態(tài)鏈這扇大門！