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无线充电技术的原理是什么?
- 2019-01-03 -

现在主流的无线充电有以下三种:    

di一种Qi标准的无线充电,也就是磁感应技术无线充电,该技术无线充电技术原理及我们在高中物理中学过的法拉第电池感应定律,通过导体切割磁场会产生电动势,有两个线圈组成,在初级线圈上接入交流电时产生磁场,次级线圈由于有交变磁场的存在而感应出交变的电流,较常见的应用就是我们生活中的变压器。    

第二种是磁共振无线充电,也就是用谐振器件是发射端和接收端达到相同的频率,达到磁场共振,满足能量交换,其威力在高中物理课本中的军队齐步过桥把桥震断的案例中有所体会。    

第三种可能也是大家真正想要看到的技术,射频技术,不管是国内还是国外出现这样的技术都非常的吸引人眼球,这大概就是梦寐以求的无线充电。这种技术是利用空间电场作为媒介,把能量发射板和接收器看成电容的两个极板。在交流电场的作用下,电容的两个极板会有交变电流流过,这样就实现了电能的无线传递。    

3种技术都有其自身的优缺点:    

磁感应技术,优点为充电效率高(手机充电效率在80%以上),缺点是充电距离短,需要紧贴着发射板充电,并且在充电时需要对准才能充电,代表有三星、诺基亚、索尼等;    

磁共振技术,相对于磁感应技术来说充电距离远(手机充电转换率目前能达到175px),充电面积大,且可以随放随充,缺点则是充电效率略低,目前zui高为70%左右,代表厂家有高通、Witricity、微鹅科技;    

其中微鹅科技是国内的一家公司,产品已经过FCC以及CE等各项认证,高频磁共振技术已经在2016年中旬实现量产,在iphone X发布之后也已经推出了兼容iphone X、三星、金立等Qi标准无线充电的隔空无线充电技术,将Qi标准的充电距离从5mm提升至35mm,增大了充电的灵活度,实现隐藏式充电,可以说是无线充电技术的一大突破。    

射频技术,前面有提到zui大的优点就是充电距离远,但是其缺点也非常明显。其一为辐射,其二为转换效率非常低下。    

无线充电技术(Wireless charging technology;Wireless charge technology )。 无线充电技术引,源于无线电力输送技术,利用磁共振在充电器与设备之间的空气中传输电荷,线圈和电容器则在充电器与设备之间形成共振,实现电能高效传输的技术。     

利用物理学的“共振”原理——两个振动频率相同的物体能高效传输能量。     

1.输电线中的电能传入用铜制造的天线中。     

  2.天线以10兆赫的波长振动,产生电磁波。     

  3.天线发出的能量传播到2米(6.5英尺)外。     

  4.同样以10兆赫的频率震动的膝上型电脑接收到电流能量充入设备中。     

  5.没有转换成膝上型电脑的能量不会被天线重新吸收。不能产生10兆赫共振的人和其他物体不会对它产生干扰。    

我们通常认为电和磁是相关联的,所以在论及无线充电的原理问题上,大多还是基于电磁感应现象或者由此而衍生出来的。目前,实现无线电力传输主要有以下四种方式:    

磁场感应    

给初级线圈一定频率的交流电,通过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。此原理与电力系统中常用的变压器原理类似,在变压器的原边(初级线圈)通入交变电流,副边(次级线圈)会由于电磁感应原理感应出电动势,若副边电路连通,即可出现感应电流,这样就可以实现电能从发射线圈到接收线圈的无线传输。目前应用此种方式传递电能的方式已广泛应用于小功率、短距离的无线充电市场,如电动牙刷、手机、相机等小型便携式电子设备,一般由充电底座对其进行无线充电。电能发射线圈安装在充电底座内,接收线圈则安装在电子设备中。    

谐振    

这种无线输电方式与无线通信原理类似,其发送端谐振回路的电磁波全方位开放式弥漫于整个空间,在接收端回路谐振在该特定的频率上,从而实现能量的传递。这种输电方式在接收端输出功率比较小时可以得到较高的传输效率。但其存在电磁辐射,传输功率越大,距离越远,效率越低,辐射就越严重。    

磁耦合共振    

这种方式可以看作是谐振式的加强版,它需要发射和接收两个共振系统,可分别由感应线圈制成。通过调整发射频率使发射端以某一频率振动,其产生的不是弥漫于各处的普通电磁波,而是一种非辐射磁场,即把电能转换成磁场,在两个线圈间形成一种能量通道。接收端的固有频率与发射端频率相同,因而发生了共振。随着每一次共振,接收端感应器中会有更多的电压产生。经过产生多次共振,感应器表面就会集聚足够的能量,这样接收端在此非辐射磁场中接收能量,从而完成了磁能到电能的转换,实现了电能的无线传输。MIT的一个实验室在2008年展示了一个实验,在两米范围内隔空点亮了一个60W的灯泡,他们将此项技术命名为Witricity,且该项目仍旧处在实验室阶段。当然,这种非辐射电磁场的范围比较有限,不适用于长距离,要求发射端与接收端在感应线圈半径的8倍的距离之内。    

无线电波    

我们都知道电磁波可以用来传递信息,那么理论上,只要频率够高,也可以传输能量。这种无线充电方式或许才是zui接近人们想象中无线充电的样子,在电源处安置一个电磁波发生器,再通过发射天线将能量传输至接收天线,再将电磁波信号重新转成电能供设备使用。可这种电力传输方式也有着明显的弱点,比如电磁波受干扰大、传输效能低、对人体有辐射等。    

此前曾有小道消息披露,虽然苹果已加盟无线充电联盟(Wireless Power Consortium), 但对于苹果是否在无线充电技术上执行QI标准官方一直回应暧昧。目前QI标准的无线充电功率主要维持在15W左右,有猜测认为iPhone 8 的无线充电将采用5V/1.5A的功率,而7.5W的充电功率想要充满一部手机可能需要一整夜。因此,目前在技术层面,小范围内进行远距离输电还不成熟。    

我们期待着科学家和工程师们可以有所突破,在未来给我们带来更多的惊喜。    

以上。