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有人研究MIT的無線充電嗎?怎樣實現較遠距離無線充電


談不上研究,簡單描述一下。

問題中未特指MIT的哪個團隊的哪項技術,我在這裡簡單理解為這一領域最著名的soljacic團隊成立的Witricity公司的無線能量傳輸技術(圍繞該技術核心還有很多外圍技術),後來支持了A4WP中核心技術Rezence。

Witricity的無線能量傳輸技術按照現在通行和流行的技術術語歸類於磁諧振(MR)技術,按照soljacic等人早期論文中總是有意無意往隧道效應量子物理上引導,不過實際後來很多論文按照傳統的耦合模型計算出的指標和實際試驗結果吻合也非常好,所以大多數人傾向與其本質上仍屬於磁感應技術(MI),應屬於松耦合近場磁感應技術的一種,但也有人按照實際效果把它歸類為「強耦合磁共振」技術(SCMR)(最近這方面術語相當亂)。

基本原理不算新,一百多年前就發明的特斯拉線圈(紅色警戒中的電漿塔)和它相同原理,現代也有一類RFID使用相同的方式傳輸電量,甚至收音機(遠場耦合)其實也算是應用同一原理。不過在2006年以前大家都沒有往這個方向上想,而是先入為主地認為中距離近場諧振感應肯定效率低,或者傳輸功率不大,直到MIT演示出來以後大家才如夢初醒,紛紛搞出來很多相似的技術,MIT這個團體也就變成了一個成功的商業公司了。

能量傳輸的原理還是基於法拉第電磁感應原理,一般磁感應能量(MI)傳輸原理類似於變壓器,一樣有初級線圈和次級線圈,在氣隙取代鐵芯作為磁力線通路後,只有在較短距離上才能保證足夠的磁通量,距離增大後,傳輸效率會急速下降(例如Qi的1.1版)。

磁諧振技術與普通的近場磁感應方法不同地方在於利用諧振技術,將工作頻率和初級線圈、次級線圈設計或調諧到同一特徵頻率上,同時保證線圈有足夠的品質因素(Q值),諧振後會產生較大的感應電流,這樣儘管初次級線圈距離帶來的耦合係數k值較小,但與高Q值相乘以後仍然能保證一定的效率。(有趣的是磁諧振技術初次級線圈不能太近,否則會造成諧振頻率分離現象)。

這項技術的優點是傳輸距離比普通磁感應要遠一些,可以達到線圈特徵尺寸的數倍,隨之帶來初次級線圈位置的相對自由,這個是很多商業應用環境極度看重的優點。缺點是傳輸效率稍低,傳輸功率相對一般,當然電路也要複雜一些,實現難度也要大一些。只能選擇較高一些的頻率(Rezence的工作頻率是6.78MHz),導致電路設計和器件選擇難度加大,初期成本會高一些;高Q值導致工作帶寬窄,初次級電路的電路頻率特性可能會受負載大小、耦合環境、溫度等很多因素影響,導致失諧,所以需要設計動態採集參數並調整和跟蹤電路特性(頻率、阻抗等),保持高Q值諧振;在諧振狀態工作時,普通的電路工作會不穩定;另外用於無線充電時需要額外的通訊鏈路(Rezence準備用藍牙)。

對於第二個問題:怎樣實現較遠距離無線充電,基本就是中距離上採用磁共振技術(民用,手機和),遠距離上還是激光和微波(軍用、工業用)。

例如:1.1版的Qi技術為代表的磁感應技術是以緊耦合(耦合係數0.2~0.7)為特點。因為要保證耦合係數,所以對充電距離和位置對準都有一定要求,這樣距離就遠沒法遠,但是能保證較高的傳輸效率,對外輻射和干擾也要小些。Qi電路設計中也會有頻率調節和諧振等內容,但那個不是磁諧振,主要是用來調節傳輸功率用的和改善傳輸效率和波形用的(Qi規範的線圈特徵頻率在100KHz,實際工作頻率故意設計為失諧或近失諧狀態,略高於諧振頻率,為110KHz~200KHz)。Qi在新版的1.2規範中也會引入磁共振技術。POWERMAT也屬於磁感應技術,(諧振頻率約為350KHz左右,工作頻率為375KHz),所以一看未來風向不對就直接使用A4WP中的磁共振技術進行合作。


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