無線充電技術

無線充電技術（Wireless charging technology；Wireless charge

technology ）。 無線充電技術，源於無線電力輸送技術。無線充

電，又稱作感應充電、非接觸式感應充電，是利用近場感應，也就是

電感耦合，由供電設備（充電器）將能量傳送至用電的裝置，該裝置

使用接收到的能量對電池充電，並同時供其本身運作之用。由於充電

器與用電裝置之間以電感耦合傳送能量，兩者之間不用電線連接，因

此充電器及用電的裝置都可以做到無導電接點外露。[1]

概述

麻省理工學院的研究團隊在2007年6月7日美國《科學》雜誌的網站

上發表了他們的研究成果。研究小組把共振運用到電磁波的傳輸上而

成功“抓住”了電磁波。他們利用銅制線圈作為電磁共振器，一團線

圈附在傳送電力方，另一團在接受電力方。當傳送方送出某特定頻率

的電磁波後，經過電磁場擴散到接受方，電力就實現了無線傳導。這

項被他們稱為“無線電力”的技術經過多次試驗，已經能成功為一個

兩米外的60瓦燈泡供電。這項技術的最遠輸電距離還只能達到2.7米，

但研究者相信，電源已經可以在這範圍內為電池充電。而且只需要安

裝一個電源，就可以為整個屋裡的電器供電。

共振原理

麻省理工學院的科研組不是第一個提出無線能量轉換的組織。科學家

早在19世紀就發現了電磁轉換現象，從理論上說，電力可轉化為通

過無形的介質傳播的電磁波，實現電力的無線輸送。但是電磁波向四

面八方輻射，能量大量散失，因此“無線輸電”的研究始終進展不大，

19世紀的物理學家和工程師尼古拉·特斯拉進行了遠端無線能量轉換

系統實驗，但是當他的財力用盡後，這項最有野心的嘗試(29米高的

瓦登克萊弗塔)宣告失敗。其他嘗試包括鐳射等定向能量轉換機制。

然而，它們與麻省理工學院的工作不同，這些都需要連續的可視線路，

這對住宅周圍的電力設施不好。

無線充電技術給兩個手機無線充電[2]

研究組成員，助理教授馬林·索亞克教授和他的科研組正在改進這個

設備。“這是一項還未得到發展的系統，它證明能量轉換行得通。但

是你不會願意利用它給你的膝上型電腦供電。我們的目標是縮小這個

設備的體積、擴大感應器間的距離和提高電力轉換功效。”他與同事

安德列·庫爾斯、阿裡特迪茲·卡拉裡斯、羅伯特·莫埃特、約翰·加儂珀

洛斯和彼得·索利科合作，進行了這項研究。

這個系統利用了共振(當一個物體與另一個物體的固有頻率一樣時，

就會產生震動)原理。當兩個物體的振動頻率相同時，它們傳遞能量

的強度不會受到周圍事物的影響。索亞克教授解釋說：“如果房間內

放了許多相同的杯子，你向瓶中倒入不同度數的葡萄酒，這時這些杯

子就會產生不同的振幅。”例如，如果用勺子敲擊，每個杯子都會發

出不同的聲音。“如果我進入房間，開始用非常高的聲音歌唱，當我

的聲音與其中一個杯子的頻率相同時，它就有可能爆炸。”

據英國廣播公司2007年6月19日報導，這個無線電力傳輸不像電力設

備，它可以避免被鼠巢破壞，減少很多麻煩，因為它並不需要電線連

接。研究人員在科學雜誌上對這種設備作了詳細介紹。在實驗測試中，

這個設備讓距離它2米(7英尺)的一盞80瓦電燈泡發出光亮。該裝置被

稱作WiTricity，研究人員根據物理學原理研發了它，這種設備還適合

為膝上型電腦等裝置提供電源。WiTricity利用的是低頻電磁波共振，

而不是利用聲學共振。在實驗中，兩個感應器都以10兆赫的頻率震

動，產生共振，讓能量在兩者之間傳遞。倫敦帝國學院的約翰·本德

萊教授解釋說：“隨著每一次共振，感應器中會有更多的電壓產生。”

經過產生多次共振，感應器表面就會集聚足夠的能量，讓燈泡發出光

亮。這個能量的集聚也是為什麼一位歌手用與杯子相同頻率的聲音歌

唱時，杯子不會立刻破裂的原因。本德萊教授說：“酒杯不斷集聚能

量，直到能將自己打碎。”

據本德萊教授說，利用波長為30米(100英尺)的低頻電磁波具有安全

優勢。他說：“通常用千兆赫茲(更短的波長)的手機時，會有電場和

磁場輻射同時產生。”這個過程就是我們所知的“遠聲場”的一個典

型特徵，這種場是從振幅超過一個波長的設備裡產生的，如果振幅小

於一個波長，產生的將主要是磁場。約翰說：“身體對電場的反應很

強烈，這也是為什麼你能利用微波爐烹製雞肉的原因。但是磁場不會

對人體產生影響。根據身體對能量的吸收，它對磁場的反應幾乎為零。”

因此，這項設備不能給人類帶來任何明顯的健康風險。

主流技術

到目前為止，主流的無線充電標準有三種：Qi標準、Power Matters

Alliance(PMA)標準、Alliance for Wireless Power(A4WP)標準、

iNPOFi技術。下面我們就針對這三種標準進行簡單介紹。

1、Qi標準

Qi是全球首個推動無線充電技術的標準化組織--無線充電聯盟

(Wireless Power Consortium,簡稱WPC)推出

無線充電示例

的“無線充電”標準，具備便捷性和通用性兩大特徵。首先，不同品

牌的產品，只要有一個Qi的標識，都可以用Qi無線充電器充電。其

次，它攻克了無線充電“通用性”的技術瓶頸，在不久的將來，手機、

相機、電腦等產品都可以用Qi無線充電器充電，為無線充電的大規模

應用提供可能。

市場比較主流的無線充電技術主要通過三種方式，即電磁感應、無線

電波、以及共振作用，而Qi採用了目前最為主流的電磁感應技術。在

技術應用方面，中國公司已經站在了無線充電行業的最前沿。據悉，

Qi在中國的應用產品主要是手機，這是第一個階段，以後將發展運用

到不同類別或更高功率的數碼產品中。

2、Power Matters Alliance標準

Power Matters Alliance標準是由Duracell Powermat公司發起的，

而該公司則是由寶潔與無線充電技術公司Powermat合資經營，擁有

比較出色的綜合實力。除此以外，Powermat還是Alliance for

Wireless Power(A4WP)標準的支持成員之一。

已經有AT&T、Google和星巴克三家公司加盟了PMA聯盟(Power

Matters Alliance縮寫)。PMA聯盟致力於為符合IEEE協會標準的手機

和電子設備，打造無線供電標準，在無線充電領域中具有領導地位。

Duracell Powermat公司推出過一款WiCC充電卡採用的就是Power

Matters Alliance標準。WiCC比SD卡大一圈，內部嵌入了用於電磁

感應式非接觸充電的線圈和電極等元件，卡片的厚度較薄，插入現有

智能手機電池旁邊即可利用，利用該卡片可使很多便攜終端輕鬆支援

非接觸充電。

3、A4WP標準

A4WP是Alliance for Wireless Power標準的簡稱，由美國高通公司、

韓國三星公司以及前面提到的Powermat公司共同創建的無線充電

聯盟創建。該聯盟還包括Ever Win Industries、Gill Industries、

Peiker Acustic和SK Telecom等成員，目標是為包括可擕式電子產品

和電動汽車等在內的電子產品無線充電設備設立技術標準和行業對

話機制。[3]

4、iNPOFi技術

iNPOFi（“invisible power field”，即“不可見的能量場”）無線

充電是一種新的無線充電技術。其無線充電系列產品採用智慧電傳輸

無線充電技術，具備無輻射、高電能轉化效率、熱效應微弱等特性。

iNPOFi智慧無輻射技術與現有其他的無線充電技術相比，iNPOFi沒

有輻射，採用電場脈衝模式，不產生任何輻射，中國泰爾實驗室測試

結果顯示，輻射增加值近乎零。 在高效方面，泰爾試驗室還測定，

該技術的產品，充電傳輸效率高達90%以上，徹底改變了傳統無線充

電最高70%以下電轉換低效率問題。 在智慧管理方面，採用晶片適

配管理技術，其中包括：自動開啟、關閉充電過程；自動適配需要的

電壓、電流，管理充電過程，以確保較高的充電效率；並可以使用一

個統一的充電板，為任何品牌、型號的電子產品，進行安全、便利、

高效的充電。 在安全性方面，同時考慮到了各種弱電充電中的安全

性問題，如靜電ESD保護、防過充、防衝擊等等，甚至若受電設備自

身電源管理出現問題時，可以通過inpofi晶片自動熔斷保護電子設備

不被損壞。 值得一提的是，對於智慧設備廠商而言，inpofi以一顆

極小的晶片為核心，實現了超微化設計，僅有1/4個五毛硬幣大小，

可以方便的集成到任何設備中，也可以集成到各種形態的可穿戴設備

中。這是傳統電磁原理的產品無法達到的。

iNPOFi技術作為新一代無線充電技術標準，高效、綠色、便捷、經

濟。採用該技術的充電設備包含電源發射裝置和電源接收裝置兩部分，

發射裝置大小、薄厚與普通手機相當，接收裝置嵌入手機保護套中，

將手機套上保護套，平放在發射裝置上進行充電。充電過程中，手機

不需要插上任何連接線。相關檢測顯示，充電過程中電磁輻射為零，

電能效率轉換達94．7%，接近有線充電。充電設備支援低電壓供電，

相容普通USB供電；實現低溫充電，有效保障設備及電池的使用安全

及壽命。[4]

轉換裝置

工作原理

無線充電技術原理圖[5]

利用物理學的“共振”原理——兩個振動頻率相同的物體能高效傳

輸能量。

1.輸電線中的電能傳入用銅製造的天線中。

2.天線以10兆赫的波長振動，產生電磁波。

3.天線發出的能量傳播到2米(6.5英尺)外。

4.同樣以10兆赫的頻率震動的膝上型電腦接收到電流，能量充入設備

中。

5.沒有轉換成膝上型電腦的能量不會被天線重新吸收。不能產生10

兆赫共振的人和其他物體不會對它產生干擾。

主要特點

1、從理論來說，無線充電技術對人體安全無害處，無線充電使用的

共振原理是磁場共振，只在以同一頻率共振的線圈之間傳輸，而其他

裝置無法接受波段，另外，無線充電技術使用的磁場本身就是對人體

無害的。但無線充電技術畢竟是新型的充電技術，以邁源科的無線充

電器來說，很多人都會擔憂無線充電技術會像當初Wi-Fi和手機天線

杆剛出現一樣，其實技術本身是無害的。

2、桑德力的無線充電技術利用電磁爐原理在充電器與手機之間利用

磁能轉化為電能，線圈和電容器則在充電時產生轉化作用。[6]

3、桑德力表示這一系統可以在未來得到廣泛應用，例如針對電動汽

車的充電區以及針對電腦晶片的電量傳輸。採用這項技術研製的充電

系統所需要的充電時間只有當前的一百五十分之一。

4、轉化率一直是很多人擔心的問題，麻省理工學院通過研究表明，

無線充電技術的損耗比起有線充電技術來說更高。邁源表示：無線充

電高轉化，也是無線充電器得以在全球進行應用的關鍵因素。但無線

充電技術也受到距離的限制，未來發展，必然需要解決遠距離傳送對

於波段和磁場範圍的精准定位問題。

5、共振控制核心晶片是無線充電技術共振原理控制中心。精准

輻射範圍控制，磁場頻率大小，其它控制等都是由晶片實現。[7]

市場需求

隨著iPhone、iPad等對電量充滿“饑渴”的設備迅速興起，研發無

線充電等突破性充電技術的需求日益提高。富士通在一份聲明中說：

“這項技術將為手機集合緊湊型無線充電功能以及同時為多個可擕

式設備充電鋪平道路。對多個設備充電時，設備相對於充電器的位置

沒有任何限制。”

測試應用

1、測試結果顯示無線傳輸距離大約在15釐米左右，但富士通表示無

線傳輸距離最終可實現幾米遠。

2、需要指出的是，距離設備越遠，傳輸中損耗的電量越多。

3、桑德力的系統與美國Witricity公司研發的技術類似，後者同樣利

用磁共振傳輸電量，傳輸距離可達到幾米遠。

有關《無線充電》技術應用的社會實際效益

當今，世界各國都在爭先恐後的研製《無線充電技術》。隨著自然資

源的不斷匱乏和日益加重的環境保護問題，以電能來替代其它能源的

運輸工具已逐漸的發展開來，電動汽車以及電動自行車已普遍的深入

到了人們的生活當中。作為電動汽車快速充電設備的技術難題還有很

多，其中之一就是如何利用《無線充電技術》來實現電動汽車日益增

長的需要。《無線充電技術》的不完善，問題的關鍵點就是能源損失

太大和磁電感應轉換的效率較低。另外，還有大功率《無線充電技術》

的遠距離傳輸和電磁對環境的輻射影響等因素還沒有得到充分的解

決。 電動汽車實現《無線充電技術》的優點是替代了原始的電網直

插式連結的諸多弊端，還有電能補充的時間長、車位占地面積大以及

人工作業繁瑣等不利因素。對於以往的這種充電技術來講只是一次性

電網的電能轉換，而且一次性電磁感應的電能損失小，因為變壓器初

次級的電能頻率與電網是一致的（50赫茲），所以不存在中頻以上

電磁輻射對環境產生的影響。但其缺點是在充電時必須提前安裝好接

電裝置和需要加長電源引線以及存在某些不安全性等繁瑣操作因素。

隨著電動力汽車技術的不斷完善和市場的保有量逐步的增加，也是為

了方便電動汽車的能源補給，人們開始嘗試著研究如何利用《無線充

電技術》對電動汽車進行充電，以解決電動汽車在有線充電過程中的

諸多不利環節。

優缺點

《有線充電技術》與《無線充電技術》各有各的優缺點。

《有線充電技術》的優點:

1，能源轉換一次性獲得，電能損失小，節能環保。

2，交直流轉換一次性，不存在中高頻電磁輻射。

3，設備技術含量低，經濟投入不大，維修方便。

4，電功率的調節範圍較寬，適合多種不同電壓和電流等級的蓄電瓶

儲能補給。

《有線充電》的缺點：

1，設備的移動搬運和電源的引線過長，主要是人工作業繁瑣。

2，設備以及在對電動汽車充電時其公共占地面積過大，

3，在人工作業過程中，極易出現設備的過度磨損以及不安全性等因

素。

《無線充電技術》的優點：

1，利用無線磁電感應充電的設備可做到隱形，設備磨損率低，應用

範圍廣，公共充電區域面積相對的減小，但減小的占地面積份額不會

太大。

2，技術含量高，操作方便，可實施相對來說的遠距離無線電能的轉

換，但大功率無線充電的傳輸距離只限制在5米以內，不會太遠。

3，操作方便。

《無線充電技術》的缺點：

1，雖然設備技術含量高，但設備的經濟成本投入較高，維修費用大。

2，因實現遠距離大功率無線磁電轉換，所以設備的耗能較高。無線

傳輸的距離越遠，無用功的耗損也就會越大。

3，《無線充電技術》設備本身實現的是二次能源轉換，也就是將網

電降壓（或直接）變為直流電後在進行一次較高頻率的開關控制交流

變換輸出。由於大功率的交直交電流轉換是進行電能的二次性無線傳

輸原因，所以電磁的空間磁損率太大。

4，因為採取無線傳輸，磁能的無用功耗損會隨著《無線充電設備》

的功率增高而上升。

如今，《無線充電技術》在小功率的範圍內還是可以顯示出它的優越

性的。比如小型直流用電設備中的通訊儀器儀錶、民用無線通訊手機、

微型電腦、小型可擕式家用電器等。但實施大功率的無線傳輸來說，

就比較困難了。根據磁能無線傳輸理論來說，傳輸的距離越遠，磁能

的消耗就會越大，而在終端設備中所獲得的電能量也就越小。從電動

汽車所需的能量補充電功率來說不是很小，一般小型的家用電子設備

的充電電流在0.5安培至2安培之間。而一部幾十馬力的電動汽車所需

的電能補充電流大多在5安培至20安培左右。電動汽車的功率越大，

所需補充電能的電流量也就越大。而且我們在製造《無線充電設備》

時，其輸出功率會大於500瓦特以上或甚至更高。如果多部機車的聯

動充電，那麼所需的總電源功率輸出就會直線上升。對市電的供電系

統來說無疑是雪上加霜，從而帶給整座城市的是電網改造和巨額的經

濟投入，真是得不償失。

另外，我們可計算一下經濟賬。按充電電壓24伏特和15安培的電流

對一部電動汽車進行充電，充電時間為10小時，其電能損耗只不過

在3度左右，按市電當前的0.5角價格計算，給一部電動汽車充電的費

用大約在一元五角錢左右。如果個人將電動車開到公共無線充電場合

去充電的話，其費用不用說是很高的，我們這裡所說的是自己使用一

般的有線充電裝置對電動車充電時所產生的費用。我們可對比一下，

在同一台電動車充電的狀態下，無線充電設備的功率肯定大於一般有

線充電裝置。因為《無線充電設備》的電損肯定大於有線充電設備的

損耗，鑒於兩種設備之間的經濟投入和充電費用，所以人們往往還是

喜歡採取低經濟投入的有線充電設備來使用。依據電工學理論，我們

知道，變壓器的磁路越長，磁損會越大。不論是採取那一種電磁——

磁電的遠距離傳輸轉換，都會損失大量的電能。而且電磁——磁電

的轉換次數越多，電能的損耗也會越大。而且電子器件的工作電流越

大，器件的老化期也會越提前，這給我們對設備的維修和使用帶來了

很多的不便利因素。

關於電動車充電站的設立，在我看來不礙採取兩種方式進行對比。就

其一次性的充電費用來說，客戶們還是喜歡選擇一般有線充電的充電

方式。我說的前提是兩種充電設備具有一樣的技術指標，都可實施快

速充電方式和同樣的充電品質。此時，我們可通過對充電設備的電能

耗損參數做個對比，看看哪種設備的經濟價值和社會效益更高。因為

我們這個社會是以市場經濟核算下的區域部門單位，人人都要計算經

濟的投入與回報，所以每一項高科技產業的投入也必須考慮大眾化的

普遍認可和產業自身的經濟杠杆問題。同時在化石能源還沒有達到枯

竭的現代社會，民用電動汽車的發展也不會太快，如果能夠提高蓄電

池的一次性充電使用週期才是解決問題的最好辦法。較短的電池一次

性充電使用週期是制約電動汽車發展的最大阻力，從汽車的功率和速

度來看，燃料汽車還是存在較多的優越性。

根據現代能源匱乏的實際情況，電動運輸工具實現大功率《無線充電

技術》的產業運作還為時過早。為什麼會這樣的說呢？雖然發展電動

汽車可以節約能源和有利於環境的保護，但對供電系統的各方面量化

要求也會更大；如增加電站的建設投資、輸電網絡的改造增容等原因。

還有，因為電動汽車的社會保有量越大，所需的長期停車充電場所的

占地面積也要隨之擴大。實際上，採取大功率《無線充電技術》的社

會經濟投入費用普遍較高，而利用常規有線式充電方式既簡便，一次

性投資又小，而且對市電的量化需求又不大。還有就所佔用的土地面

積來說也相對的減少，這裡所說的減少，是因為每個家庭都可以實施

對電動汽車的能量補充，不會統一的集中到公共場所去充電。另外，

每個家庭也不會購買價格較高的《無線充電設備》的，而且自己所擔

負的充電費用較公共場所要低得多。所以我們一定要宗合來考慮實施

大功率《無線充電技術》的步子邁得是否不要太大，這僅僅是為了一

時的方便，而導致了社會總體資源的大量消耗是否是得不償失呢？

應用實例

無線充電技術點亮兩個燈泡[8]

無線充電技術點亮兩個燈泡[9]。

桑德力牌加入了Qi標準的無線充電技術，桑德力公司已經為該設備研

發數種無線充電器，如無線移動電源

Palm Pre是第一個使用無線充電技術的智慧手機，可以使用[[電磁感

應]]通過一個可選的無線

發展動向

儘管在手機、筆記型電腦、小家電等領域可以使用無線充電技術，但

是市場份額最大的還是手機領域。無線充電

技術動向綜上所述，可以概括為幾點：

第一：簡單的原理

高中物理學的電磁耦合原理，產業界也很熟悉，從RFID延伸出來的

技術，也很容易接受。接收端就一片或者兩片晶片（最終會單片方案），

一端接充電線圈，一端接電池。很多公司開始推出系列晶片，會加快

無線充電知識的傳播和普及。

第二：麻煩的工藝

手機中多餘的空間，尤其是智慧手機，是很難騰出來放置一個大的充

電線圈的。

如圖所示：

這個直徑在40mm的圓形線圈，下面還要加一片厚度在0.8-2mm無

機磁性材料（即使用微航有機磁性材料也要0.2mm厚度）手機厚度

要增加，這個元件若放置在手機電路板上，也佔據空間，擠兌其他元

件。所以，所有做手機結構設計的工程師都頭痛，這制約了或者說阻

礙了無線充電產品的發展。成為攔路虎。有些公司推出0.53mm厚度

的無線充電接收線圈（天線），有希望推動無線充電技術在手機中普

及：

第三：普及條件待形成

接收端天線線圈超薄、有韌性、性能好、價格便宜，達到這四點後，

無線充電技術才會被手機商接受，否則只是

一場曲高和寡的技術遊戲。

超薄：總體厚度在0.7mm內。粘貼在手機外殼內側或者電池上。

韌性：抗衝擊、跌落，這是手持終端通用要求，尤其是粘貼在手機外

殼內側上，經常有翹曲變形的外力作用之。

有賴新型磁性材料技術進步，傳統的燒結磁性材料太硬和脆，待柔性

的有機磁性材料普及。

性能：充電電流在500-600mA是硬指標。

價格：無線充電線圈加無線充電晶片超過 10 元，不是普及價格；晶

片跌落到 2 元內，線圈組件在 3 元內是普及拐點。晶片價格貴，線

圈加磁性元件價格也不便宜，市場還處於觀望等候狀態期。