無(wú)線(xiàn)充電各種原理和方案的比較

　　無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)，即Wireless charging technology，是指具有電池的裝置不需要借助于電導線(xiàn)，利用電磁波感應原理或者其他相關(guān)的交流感應技術(shù)，在發(fā)送端和接收端用相應的設備來(lái)發(fā)送和接收產(chǎn)生感應的交流信號來(lái)進(jìn)行充電的一項技術(shù)，源于無(wú)線(xiàn)電力輸送技術(shù)。

　　無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的研究，源于19世紀30年代，邁克爾-法拉第發(fā)現電磁感應現象，即磁通量變化產(chǎn)生感應電動(dòng)勢，從而在電線(xiàn)中產(chǎn)生電流。但最早的無(wú)線(xiàn)電力傳輸思想是尼古拉-特斯拉（Nikola Tesla） 在19世紀90年代提出的無(wú)線(xiàn)電力傳輸構想和無(wú)線(xiàn)輸電試驗，因而有人稱(chēng)之為無(wú)線(xiàn)電能傳輸之父。

　　技術(shù)原理

　　從具體的技術(shù)原理及解決方案來(lái)說(shuō)，目前無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)主要有電磁感應式、磁共振式、無(wú)線(xiàn)電波式、電場(chǎng)耦合式四種基本方式。這幾種技術(shù)分別適用于近程、中短程與遠程電力傳送。

　　各種無(wú)線(xiàn)充電方式都有各自的特點(diǎn)，具體比較如表1所示。

表1 無(wú)線(xiàn)充電各種原理方案的比較

　　當前最成熟、最普遍的是電磁感應式。其根本原理是利用電磁感應原理，類(lèi)似于變壓器，在發(fā)送端和接收端各有一個(gè)線(xiàn)圈，初級線(xiàn)圈上通一定頻率的交流電，由于電磁感應在次級線(xiàn)圈中產(chǎn)生一定的電流，從而將能量從傳輸端轉移到接收端，如圖1所示。PWC聯(lián)盟發(fā)起者Powermat公司用電磁感應式推出過(guò)一款WiCC充電卡，與SD卡差不多大，內部嵌有線(xiàn)圈和電極等組件，插入現有智能手機電池旁邊即可使用。

圖1 電磁感應式無(wú)線(xiàn)充電原理

磁共振式無(wú)線(xiàn)充電#e#

　　磁共振式也稱(chēng)為近場(chǎng)諧振式，由能量發(fā)送裝置，和能量接收裝置組成，當兩個(gè)裝置調整到相同頻率，或者說(shuō)在一個(gè)特定的頻率上共振，它們就可以交換彼此的能量，其原理與聲音的共振原理相同，排列在磁場(chǎng)中的相同振動(dòng)頻率的線(xiàn)圈，可從一個(gè)向另一個(gè)供電，如圖2。技術(shù)難點(diǎn)是小型化和高效率化，被認為是將來(lái)最有希望廣泛應用于電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線(xiàn)充電的一種方式。

圖2 磁共振式無(wú)線(xiàn)充電示意圖

　　無(wú)線(xiàn)電波式，基本原理類(lèi)似于早期使用的礦石收音機，主要有微波發(fā)射裝置和微波接收裝置組成。典型的是20世紀60年代布朗（William C. Brown）的微波輸電系統，其示意圖如圖3。整個(gè)傳輸系統包括微波源、發(fā)射天線(xiàn)、接收天線(xiàn)3部分;微波源內有磁控管，能控制源在2. 45 GHz頻段輸出一定的功率;發(fā)射天線(xiàn)是64個(gè)縫隙的天線(xiàn)陣，接收天線(xiàn)擁有25%的收集和轉換效率。日本龍谷大學(xué)的移動(dòng)式無(wú)線(xiàn)充電系統，也是通過(guò)頻率為2.45GHz 的微波送電，點(diǎn)亮了行駛中的模型警車(chē)的警燈。

圖3 無(wú)線(xiàn)電波式電能傳輸

　　電場(chǎng)耦合式利用通過(guò)沿垂直方向耦合的兩組非對稱(chēng)偶極子而產(chǎn)生的感應電場(chǎng)來(lái)傳輸電能，其基本原理是通過(guò)電場(chǎng)將電能從發(fā)送端轉移到接收端。這種方式主要是村田制作所采用，具有抗水平錯位能力較強的特點(diǎn)。