剖析無線充電各種原理與經典方案

06-05

　　無線充電技術，即Wireless chargingtechnology，是指具有電池的裝置不需要藉助於電導線，利用電磁波感應原理或者其他相關的交流感應技術，在發送端和接收端用相應的設備來發送和接收產生感應的交流信號來進行充電的一項技術，源於無線電力輸送技術。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。

　　磁共振式也稱為近場諧振式，由能量發送裝置，和能量接收裝置組成，當兩個裝置調整到相同頻率，或者說在一個特定的頻率上共振，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，排列在磁場中的相同振動頻率的線圈，可從一個向另一個供電，如圖2。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。

　　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）的微波輸電系統，其示意圖如圖3。整個傳輸系統包括微波源、發射天線、接收天線3部分;微波源內有磁控管，能控制源在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。日本龍谷大學的移動式無線充電系統，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。

　　電場耦合式利用通過沿垂直方向耦合的兩組非對稱偶極子而產生的感應電場來傳輸電能，其基本原理是通過電場將電能從發送端轉移到接收端。這種方式主要是村田製作所採用，具有抗水平錯位能力較強的特點。