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無線充電的技術路線

傳感器技術 ? 來源:YXQ ? 2019-08-09 09:07 ? 次閱讀

無線充電技術(Wireless charging technology)源于無線電力輸送技術,是指裝置不需要借助于電導線,利用電磁波感應原理、電磁波共振原理或者其它將磁場作為傳送功率橋梁的技術,在發送端和接收端用相應的設備來發送和接收產生交流信號來進行充電的一項技術。

由于充電器與用電裝置之間以磁場傳送能量,兩者之間不用電線連接,因此充電器及用電的裝置都可以做到無導電接點外露。 現階段無線充電技術以電磁感應方式和電磁共振方式為主。 電磁感應技術相對容易實現,同時充電效率較高,在無線充電推廣初期是主要應用方式,商業化應用已經非常成熟,目前手機中采用的無線充電技術也主要是電磁感應技術。

1、電磁感應方式

電磁感應技術通過導體切割磁場會產生電動勢,有兩個線圈組成,在初級線圈上接入交流電時產生磁場,次級線圈由于有交變磁場的存在而感應出交變的電流。 由電—磁—電轉化,以此構建一套無線電能傳輸系統。 電磁感應方式的磁場隨著距離的增加快速減弱,一般只能在數毫米至 10 厘米的范圍內工作, 因此傳輸距離短、使用位置相對固定, 但是能量效率較高、技術簡單, 是目前主要商業化應用的方式。

最早利用這一原理的無線充電產品是電動牙刷。 電動牙刷由于經常接觸到水,所以采用無接點充電方式,可使得充電接觸點不暴露在外,增強了產品的防水性,也可以整體水洗。 以電動牙刷為例, 在充電插座和牙刷中各有一個線圈,當牙刷放在充電座上時就有磁耦合作用,利用電磁感應的原理來傳送電力,感應電壓經過整流后就可對牙刷內部的充電電池充電。

2、電磁共振方式

電磁共振方式是發射端和接收端達到相同的頻率,達到磁場共振,滿足能量交換,以此來給設備充電。電磁共振方式相比電磁感應方式最大的優勢在于在距離具有更高寬容度,可以支持數厘米至數米的無線充電;并且電磁共振方式還可以同時對多個設備進行充電,并且對設備的位置并沒有嚴格的限制,使用靈活度在各項技術中居于榜首,未來無線充電的重點發展方向。 該技術的主要缺陷在于在傳輸效率較低。

3、電磁耦合方式

相對于傳統的電磁感應式,電場耦合方式有三大優點:充電時設備的位置具備一定的自由度;電極可以做得很薄、更易于嵌入;電極的溫度不會顯著上升,對嵌入也相當有利。

電場耦合方式具有體積小、發熱低和高效率的優勢,缺點在于開發和支持者較少,不利于普及。

4、微波諧振方式

英特爾公司是微波諧振方式的擁護者,這項技術采用微波作為能量的傳遞信號,接收方接受到能量波以后,再經過共振電路和整流電路將其還原為設備可用的直流電。

這種方式就相當于我們常用的Wi-Fi無線網絡,發收雙方都各自擁有一個專門的天線,所不同的是,這一次傳遞的不是信號而是電能量。

微波的頻率在300MHz~300GHz之間,波長則在毫米-分米-米級別,微波傳輸能量的能力非常強大,我們家庭中的微波爐即是用到它的熱效應,而英特爾的微波無線充電技術,則是將微波能量轉換回電信號。

微波諧振方式的缺點相當明顯,就是能量是四面八方發散的,導致其能量利用效率低得出奇。而它的優點,則是位置高度靈活,只要將設備放在充電設備附近即可,對位置的要求很低,是最符合自然的一種充電方式。無線微波方式雖然能效很低,但使用最為方便。

未來的無線充電將是高自由度的、高效率的、高兼容性的: 1 支持在任一平面任意位置上的自由充電; 2 還采用新的架構使得單一線圈情況下充電面積增加,提高充電效率; 3 發射端可以為多個接收端充電; 4 可以支持設備間的互相充電。

目前電磁感應式無線充電的方案最為成熟, 商業也最為廣泛。但是這種充電技術充電過程中手機需要限定在一定的位置上,仍然沒有帶來任何靈活性。 由于其成熟度和相對較高的效率, 是目前技術條件下商業化應用的最優選擇。蘋果等手機制造商正在努力提高這項技術的充電效率,然后再過渡到下一階段的無線充電技術——電磁諧振無線充電。

在電磁諧振充電方式中,發射線圈和接收線圈可以弱耦合,但工作頻率相近, 這使得設備可以在距充電區域稍大的距離處使用,因此提高了充電位置的自由度。這種新型充電技術符合未來無線充電升級方向,但是電磁諧振充電仍然還不夠成熟,并且效率較低, 市場應用尚需要時間。

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原文標題:漸行漸近的無線快充時代

文章出處:【微信號:WW_CGQJS,微信公眾號:傳感器技術】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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