背后技術原理是無線充電什么原理

無線充電，這個詞說它新，是因為最近幾年才開始映入大家眼簾，如智能手機無線充電、特斯拉等其它新能源汽車無線充電、智能機器人無線充電等應用開始逐漸興起；說它舊也不為過，在過去幾十年里它一直存在并還經(jīng)常被消費者使用，最明顯的例子就是公交刷卡的應用，有人就想，公交刷卡怎么也和無線充電聯(lián)系上了？沒錯，公交刷卡用的IC卡內(nèi)部有一顆智能芯片，只有靠近刷卡機時，刷卡機通過發(fā)射調(diào)制好的13.56MHz電磁信號耦合給IC卡內(nèi)部充電， IC卡內(nèi)部有電后（微弱電壓）才能工作，最終才能刷卡扣費成功。下面我們來了解下無線充電的技術原理。

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圖1：電磁耦合過程
無線充電技術原理
【背后技術原理是無線充電什么原理】無線充電系統(tǒng)主要采用電磁感應原理（又是電磁感應，前面文章多次提到過這詞），通過線圈進行能量耦合實現(xiàn)能量的傳遞，變化的電場會產(chǎn)生變化的磁場（送電線圈）變化的磁場會產(chǎn)生變化的電場（受電線圈），其大小均與它們的變化頻率、變化強度、天線耦合等因素有關系，感應電壓的產(chǎn)生與磁通量的變化相關，受電線圈內(nèi)部變化的磁場產(chǎn)生感應電壓，通過后端電路解調(diào)、處理后，從而完成充電過程。從技術解決方案上來講，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于近程、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。

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表1
電磁感應式充電方案。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，類似于變壓器，在發(fā)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，由于電磁感應在次級線圈中產(chǎn)生一定的電流，從而將能量從傳輸端轉移到接收端，如圖2所示。PWC聯(lián)盟發(fā)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(nèi)部嵌有線圈和電極等組件，插入現(xiàn)有智能手機電池旁邊即可使用。

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圖2：電磁感應式無線充電原理
磁共振式充電方案。磁共振式也稱為近場諧振式，由能量發(fā)送裝置，和能量接收裝置組成，當兩個裝置調(diào)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3 。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于電動汽車無線充電的一種方式。磁共振方式的原理與聲音的共振原理相同。排列好振動頻率相同的音叉，一個發(fā)聲的話，其他的也會共振發(fā)聲。同樣，排列在磁場中的相同振動頻率的線圈，也可從一個向另一個供電。利用共振還可延長傳輸距離。電磁感應方式的供電距離最大為數(shù)mm～10cm左右，而磁共振方式如果線圈夠大，可向數(shù)m遠以外供電。汽車的車底到地面一般有15cm左右的距離。如果在車底安裝受電線圈，在自家停車場的地面埋入供電線圈，便可在停車時充電。能夠省去連接充電線纜的麻煩。另外，磁共振方式不同于電磁感應方式，無需使線圈間的位置完全吻合。即使停車位置與固定位置稍微錯開，線圈之間也會共振。

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圖3：磁共振式無線充電示意圖
無線電波式充電方案。基本原理類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(tǒng) ，其示意圖如圖4 。整個傳輸系統(tǒng)包括微波源、發(fā)射天線、接收天線3部分;微波源內(nèi)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(tǒng) ，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。

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圖4：無線電波式電能傳輸
電場耦合式充電方案。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(chǎn)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(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。
不同的無線充電應用，設計者會選用不同的技術方案，這里面主要是從電磁信號調(diào)制頻率及方式、驅動電壓電流大小、天線線圈材質(zhì)及布局等方面細化。