无线充电技术工作原理

2013-10-12 16:05:37来源: EEWORLD

    无线充电技术(Wireless charging technology;Wireless charge technology ),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能,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。

    麻省理工学院的研究团队在2007年6月7日美国《科学》杂志的网站上发表了他们称为“无线电力”的研究成果。研究小组把共振运用到电磁波的传输上而成功“抓住”了电磁波。他们利用铜制线圈作为电磁共振器,一团线圈附在传送电力方,另一团在接受电力方。当传送方送出某特定频率的电磁波后,经过电磁场扩散到接受方,电力就实现了无线传导。经过多次试验,已经能成功为一个两米外的60瓦灯泡供电。

工作原理: 电磁感应、无线电波核磁共振

    无论不同的无线充电技术的差别有多大,它们背后的原理就是我们熟知的电磁感应现象,具体来说就是利用变化的电场产生变化的磁场,再利用变化的磁场产生电场,从而产生电流为设备充电。当电流通过线圈之后,便会产生出磁场;而产生的磁场又会形成电压,有了电压之后便会产生电流,有了电流便可以充电。无线充电便是这样摆脱电线的束缚的。

    我们都知道一根通电导线周围产生的磁场的方向垂直于电流方向,而且通常情况下是非常微弱的,但是如果将导线绕成圆形或者是螺形的话,相同方向的磁场便会叠加,从而形成较强的磁场。其实无线充电的原理就类似于我们生活中常见的变压器,都是利用一个线圈中的电流在另一个线圈中产生电流。但区别于变压器通过铁芯传导磁场的方式,无线充电设备中的感应线圈经过了一些特殊的调整,是以空气为介质传导磁场的,从而产生感应电流。同时,和声音的共振一样,两个线圈感应也需要设置一个共振频率,使接收线圈和输出线圈的频率一致,从而在输出线圈电流很小的情况下,也能在接收线圈中产生足够强的感应电流。

    举个例子,大家一定都听说过一队士兵在桥上齐步走最终把大桥振塌的故事吧,这是因为士兵踏步的频率与大桥的固有频率一致,从而能量更够在最大程度上传给大桥,最终导致大桥的坍塌。而对于无线充电技术来说,输出线圈就相当于士兵,是能量的输出方;而接收线圈则相当于桥,是能量的接收方,如果想让能量传输效率最大化,就必须让两个线圈的频率一致。

无线充电技术原理图

    目前最为常见的无线充电解决方案主要是:电磁感应,通过初级和次级线圈感应产生电流,从而将能量从传输段转移到接收端,该解决方案提供商包括英国Splashpower、美国WildCharge和Fulton Innovation等公司。

    无线电波是另一个发展较为成熟的技术,其基本原理类似于早期使用的矿石收音机。有公司研发的微型高效接收电路,可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量,在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。只需一个安装在墙身插头的发送器,以及可以安装在任何低电压产品的“蚊型”接收器,就可将无线电波转化成直流电在约1米范围内为不同电子装置的电池充电。另一种尚在研究中的技术是电磁共振,还有一种是激光束传输,但难点在于激光束需要固定通道。

    另外,还利用了物理学的“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。

主要特点

    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,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、富士通的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荷,线圈和电容器则在充电器与设备之间形成共振。

    3、富士通表示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高。迈源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。

    无线充电不需要实际的导体线就能进行电力的传输,目前的主要技术有两种,一是通过磁共振原理(magnetic resonance)来传输能量,A4WP即采用该技术。另一是通过磁感应(magnetic induction)来分享电力,WPC(Wireless Power Consortium)与Power Matters Alliance(PMA)皆是基于此技术。下面我们针对三种无线充电标准进行简单介绍。

关键字:无线充电技术  磁共振  无线电波

编辑:刘燚 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2013/1012/article_26616.html
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