搜刮來的無線充電技術,超經典原理方案對比
發布時間:2015-02-11 來源:王國輝 責任編輯:sherryyu
【導讀】無(wu)線(xian)充(chong)電(dian)技(ji)術(shu)的(de)研(yan)究(jiu)很(hen)早(zao)就(jiu)開(kai)始(shi)了(le),是(shi)一(yi)種(zhong)利(li)用(yong)電(dian)磁(ci)波(bo)感(gan)應(ying)原(yuan)理(li)或(huo)者(zhe)其(qi)他(ta)相(xiang)關(guan)的(de)交(jiao)流(liu)感(gan)應(ying)技(ji)術(shu)。行(xing)業(ye)關(guan)於(yu)無(wu)線(xian)充(chong)電(dian)也(ye)有(you)很(hen)多(duo)不(bu)同(tong)的(de)設(she)計(ji),但(dan)是(shi)這(zhe)些(xie)設(she)計(ji)都(dou)是(shi)歸(gui)功(gong)於(yu)什(shen)麼(me)呢(ne)?就(jiu)是(shi)那(na)經(jing)久(jiu)不(bu)變(bian)的(de)原(yuan)理(li),本(ben)文(wen)搜(sou)刮(gua)來(lai)了(le)無(wu)線(xian)充(chong)電(dian)技(ji)術(shu)所(suo)有(you)經(jing)典(dian)原(yuan)理(li)方(fang)案(an),大(da)家(jia)可(ke)以(yi)對(dui)比(bi)著(zhe)學(xue)習(xi)下(xia)。
無線充電技術,即Wireless charging technology,是(shi)指(zhi)具(ju)有(you)電(dian)池(chi)的(de)裝(zhuang)置(zhi)不(bu)需(xu)要(yao)借(jie)助(zhu)於(yu)電(dian)導(dao)線(xian),利(li)用(yong)電(dian)磁(ci)波(bo)感(gan)應(ying)原(yuan)理(li)或(huo)者(zhe)其(qi)他(ta)相(xiang)關(guan)的(de)交(jiao)流(liu)感(gan)應(ying)技(ji)術(shu),在(zai)發(fa)送(song)端(duan)和(he)接(jie)收(shou)端(duan)用(yong)相(xiang)應(ying)的(de)設(she)備(bei)來(lai)發(fa)送(song)和(he)接(jie)收(shou)產(chan)生(sheng)感(gan)應(ying)的(de)交(jiao)流(liu)信(xin)號(hao)來(lai)進(jin)行(xing)充(chong)電(dian)的(de)一(yi)項(xiang)技(ji)術(shu),源(yuan)於(yu)無(wu)線(xian)電(dian)力(li)輸(shu)送(song)技(ji)術(shu)。
無線充電技術的研究,源於19世紀30年代,邁克爾-法拉第發現電磁感應現象,即磁通量變化產生感應電動勢,從而在電線中產生電流。但最早的無線電力傳輸思想是尼古拉-特斯拉(Nikola Tesla) 在19世紀90年代提出的無線電力傳輸構想和無線輸電試驗,因而有人稱之為無線電能傳輸之父。
技術原理
從具體的技術原理及解決方案來說,目前無線充電技術主要有電磁感應式、磁共振式、無線電波式、電場耦合式四種基本方式。這幾種技術分別適用於近程、中短程與遠程電力傳送。
各種無線充電方式都有各自的特點,具體比較如表1所示。
表1 無線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,類似於變壓器,在發送端和接收端各有一個線圈,初級線圈上通一定頻率的交流電,由於電磁感應在次級線圈中產生一定的電流,從而將能量從傳輸端轉移到接收端,如圖1所示。PWC聯盟發起者Powermat公司用電磁感應式推出過一款WiCC充電卡,與SD卡差不多大,內部嵌有線圈和電極等組件,插入現有智能手機電池旁邊即可使用。

圖1 電磁感應式無線充電原理
磁ci共gong振zhen式shi也ye稱cheng為wei近jin場chang諧xie振zhen式shi,由you能neng量liang發fa送song裝zhuang置zhi,和he能neng量liang接jie收shou裝zhuang置zhi組zu成cheng,當dang兩liang個ge裝zhuang置zhi調tiao整zheng到dao相xiang同tong頻pin率lv,或huo者zhe說shuo在zai一yi個ge特te定ding的de頻pin率lv上shang共gong振zhen,它ta們men就jiu可ke以yi交jiao換huan彼bi此ci的de能neng量liang,其qi原yuan理li與yu聲sheng音yin的de共gong振zhen原yuan理li相xiang同tong,排pai列lie在zai磁ci場chang中zhong的de相xiang同tong振zhen動dong頻pin率lv的de線xian圈quan,可ke從cong一yi個ge向xiang另ling一yi個ge供gong電dian,如ru圖tu2。技術難點是小型化和高效率化,被認為是將來最有希望廣泛應用於電動汽車無線充電的一種方式。

圖2 磁共振式無線充電示意圖
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無線電波式,基本原理類似於早期使用的礦石收音機,主要有微波發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)的微波輸電係統,其示意圖如圖3。整個傳輸係統包括微波源、發射天線、接收天線3部分;微波源內有磁控管,能控製源在2. 45 GHz頻段輸出一定的功率;發射天線是64個縫隙的天線陣,接收天線擁有25%的收集和轉換效率。日本龍穀大學的移動式無線充電係統,也是通過頻率為2.45GHz 的微波送電,點亮了行駛中的模型警車的警燈。

圖3 無線電波式電能傳輸
電dian場chang耦ou合he式shi利li用yong通tong過guo沿yan垂chui直zhi方fang向xiang耦ou合he的de兩liang組zu非fei對dui稱cheng偶ou極ji子zi而er產chan生sheng的de感gan應ying電dian場chang來lai傳chuan輸shu電dian能neng,其qi基ji本ben原yuan理li是shi通tong過guo電dian場chang將jiang電dian能neng從cong發fa送song端duan轉zhuan移yi到dao接jie收shou端duan。這zhe種zhong方fang式shi主zhu要yao是shi村cun田tian製zhi作zuo所suo采cai用yong,具ju有you抗kang水shui平ping錯cuo位wei能neng力li較jiao強qiang的de特te點dian。
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