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)。 |