无线充电器的技术原理,四种无线充电方案比较

无线充电起源？

无线充电技术，即Wireless charging technology，是指具有电池的装置不需要借助于电导线，利用电磁波感应原理或者其他相关的交流感应技术，在发送端和接收端用相应的设备来发送和接收产生感应的交流信号来进行充电的一项技术，源于无线电力输送技术。

无线充电技术的研究，源于19世纪30年代，迈克尔-法拉第发现电磁感应现象，即磁通量变化产生感应电动势，从而在电线中产生电流。但最早的无线电力传输思想是尼古拉-特斯拉(Nikola Tesla) 在19世纪90年代提出的无线电力传输构想和无线输电试验，因而有人称之为无线电能传输之父。

无线充电技术原理

物理学家早就知道，在两个共振频率相同的物体之间能有效地传输能量，而不同频率物体之间的相互作用较弱。歌唱家演唱能将装有不同水量瓶子中的一个震碎，而不影响其他瓶子就是这个道理。这也好比我们荡秋千时，只需坐在上面让下垂的双腿同步摆动就能给秋千带来动力一样。无线充电技术正是利用了这个原理。

从具体的技术原理及解决方案来说，目前无线充电技术主要有电磁感应式、磁共振式、无线电波式、电场耦合式四种基本方式。这几种技术分别适用于近程、中短程与远程电力传送。

各种无线充电方式都有各自的特点，具体比较如表1所示。

表1 无线充电各种原理方案的比较

1、电磁感应式无线充电

当前最成熟、最普遍的是电磁感应式。其根本原理是利用电磁感应原理，类似于变压器，在发送端和接收端各有一个线圈，初级线圈上通一定频率的交流电，由于电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端，如图1所示。PWC联盟发起者Powermat公司用电磁感应式推出过一款WiCC充电卡，与SD卡差不多大，内部嵌有线圈和电极等组件，插入现有智能手机电池旁边即可使用。

图1 电磁感应式无线充电原理

2、磁共振式无线充电

磁共振式也称为近场谐振式，由能量发送装置，和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振，它们就可以交换彼此的能量，其原理与声音的共振原理相同，排列在磁场中的相同振动频率的线圈，可从一个向另一个供电，如图2。技术难点是小型化和高效率化，被认为是将来最有希望广泛应用于电动汽车无线充电的一种方式。

图2 磁共振式无线充电示意图

3、无线电波式充电

无线电波式，基本原理类似于早期使用的矿石收音机，主要有微波发射装置和微波接收装置组成。典型的是20世纪60年代布朗(William C. Brown)的微波输电系统，其示意图如图3。整个传输系统包括微波源、发射天线、接收天线3部分;微波源内有磁控管，能控制源在2. 45 GHz频段输出一定的功率;发射天线是64个缝隙的天线阵，接收天线拥有25%的收集和转换效率。日本龙谷大学的移动式无线充电系统，也是通过频率为2.45GHz 的微波送电，点亮了行驶中的模型警车的警灯。

图3 无线电波式电能传输

4、电场耦合式充电

电场耦合式利用通过沿垂直方向耦合的两组非对称偶极子而产生的感应电场来传输电能，其基本原理是通过电场将电能从发送端转移到接收端。这种方式主要是村田制作所采用，具有抗水平错位能力较强的特点。

无线充电主要技术特点

1、从理论来说，无线充电技术对人体安全无害处，无线充电使用的共振原理是磁场共振，只在以同一频率共振的线圈之间传输，而其他装置无法接受波段，另外，无线充电技术使用的磁场本身就是对人体无害的。但无线充电技术毕竟是新型的充电技术，以迈源科技的无线充电器来说，很多人都会担忧无线充电技术会像当初Wi-Fi和手机天线杆刚出现一样，其实技术本身是无害的。

2、无线充电技术利用磁共振在充电器与设备之间的电场和磁场中传输电能，线圈和电容器则在充电器与设备之间形成共振。

3、这一系统可以在未来得到广泛应用，例如针对电动汽车的充电区以及针对电脑芯片的电量传输。采用这项技术研制的充电系统所需要的充电时间只有当前的一百五十分之一

4、转化率一直是很多人担心的问题，麻省理工学院通过研究表明，无线充电技术的损耗比起有线充电技术来说更低。无线充电转化率比起有线要高几个百分点。高转化，也是无线充电器得以在全球进行应用的关键因素。但无线充电技术也受到距离的限制，未来发展，必然需要解决远距离传送对于波段和磁场范围的精准定位问题。

5、核心芯片是无线充电技术在产品应用的难点之一。精准辐射范围控制，磁场频率大小，其它控制等都是由芯片实现。

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