目前，大多数情况下电确实是通过我们熟知的电线或电缆传导的。然而，电接口的频繁拔插极易损坏电路主板，电线破损、老化也容易造成漏电、触电等安全隐患。

那么，没有电线，电流能够传输吗？

随着科技的发展，一种全新的电能传输方式——“隔空充电”， 正在走进我们的生活。

隔空充电，就是导体中的交变电流形成电磁场，通过场的耦合实现电能的无线传输（wireless power transfer， WPT）。

无线充电技术，顾名思义，就是不使用导线连接的一种电能传输方式。19世纪20年代，丹麦物理学家汉斯·奥斯特（Hans Oersted）发现，在通电导线的周围存在圆形磁场，且磁场的方向和电流的方向存在特定关系［图2-21（a）］。19世纪30年代，英国科学家迈克 尔·法拉第（Michael Faraday）发现，当用闭合电路导体的一部分去切割磁感线时，导体上会产生电流。这种由电磁感应效应所产生的电流称为感应电流［图2-21（b）］。随后，人们将导体静止放置，把两个磁极对调，即改变磁感线的方向，导体上感应电流的方向也随之改变。当磁极发生周期性变化且导体线圈固定，或者磁极固定且导体线圈往复运动切割磁感线时，导体上就会产生方向周期性变化的电流，这也就是我们日常使用的交流电。

图2-21 电流与磁场的相互关系 （a）“电生磁”现象；（b）“磁生电”现象。

交变的电流会形成交变的磁场，当其频率高于300MHz时，便会向外发射电磁波。无论是场还是波，都携带着能量。无线电广播正是利用电磁波来传递信号，但其大部分的能量都会散失在空气中。无线充电技术，就是用一种非扩射性的场来聚集这些能量，从而实现能量在发射端与接收端的传递。

当发射电路的固有振荡频率与接收电路的固有振荡频率一致时，会产生所谓的电磁“谐振”现象，从而加强能量在发射端与接收端的耦合与传递。依循这一原理，19世纪末，在哥伦比亚举办的世界博览会上，美国著名物理学家尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）首次用无线电能传输的方式，将一盏磷光灯点亮，开启了无线电力传输的大门。

目前，无线充电技术已经在很多领域应用^［11］（图2-22）。

图2-22 无线充电技术的应用场景

以消费电子类产品为例，小到耳机，大到汽车，越来越多的电子设备加入了无线充电的阵营。当你走进餐厅，其桌面上都配备了支持手机充电的无线充电平台，用餐时只需将手机放置在桌面上，用餐完毕，手机电池也充满了；具备无线充电功能的道路甚至可以为驾驶中的车辆充电，司机不需要考虑续航里程问题，方便了人们的出行。

整体上，无线充电系统可以划分为四个部分：发射线圈、接收线圈、整流单元和逆变单元、负载。以手机为例，在手机背部和充电面板上分别放置一个线圈，充电板的线圈接通电源后，高频的交流电在发射线圈周围激发出高频交变的磁场。当手机靠近充电器时，其背盖上的接收线圈受交变磁场的作用，产生感应电流，通过手机侧的整流单元，将高频交流电整流为直流电，为手机电池充电（图2-23）。

图2-23 无线充电示意图

目前，行业领先的手机无线充电功率达到20W，距离可达数十厘米。汽车的无线充电功率从几千瓦到十几千瓦不等，如特斯拉电动汽车的某款低功率交流充电桩的充电功率为11kW。

无线充电技术正朝着便携性、远距离、高功率密度方向快速发展，未来将渗透人们生活的各个方面，全场景无线充电将不再是科幻。无论是在室内使用的移动式电子设备，还是在马路上行驶的电动汽车，都将具备无线充电的功能。人们再也无须被烦琐的导线牵绊，也无须担心设备的电量不足。随处可见的无线充电，让你走到哪儿都能为电子设备自动充电。

当前，无线充电技术还存在一些技术瓶颈。例如，充电效率随着发射线圈与接收线圈间的距离增大而迅速下降，通常设定两者间距不超过线圈直径的1/4。在使用时，发射线圈需与接收线圈中心对准，因为位置偏移会造成线圈之间的磁场耦合程度下降，更多的磁场将以漏磁的形式存在。为了保证接收线圈侧的有效功率不变，需要提高电流强度来形成更强的磁场，导致系统热阻损耗增大，设备快速升温，从而带来其他安全隐患。

无线充电技术是新兴领域，面对该技术存在的缺点和不足，无数科研人员为之不懈努力^［12］。笔者所在的研究团队，聚焦无线充电技术多频传输应用、损耗与传输效率评估、辅助机构设计，目前已成功搭建6.6kW电动汽车无线充电系统，传输效率超过92%，达到世界先进水平。

无线充电技术在带给人们便利的同时，也可能给人体带来潜在的危害。大量研究表明，长期暴露于磁场超标的环境中，人体的生物磁场、内分泌系统等会受到不同程度的影响，甚至导致某些疾病的产生。如何将该技术的风险降低，最大限度地让每个人享受科技带来的便利，是科研人员应继续努力的方向。