无线充电的技术路线

传感器技术 2019-08-09 09:07 次阅读

无线充电技术(Wireless charging technology)源于无线电力输送技术,是指装置不需要借助于电导线,利用电磁波感应原理、电磁波共振原理或者其它将磁场作为传送功率桥梁的技术,在发送端和接收端用相应的设备来发送和接收产生交流信号来进行充电的一项技术。

由于充电器与用电装置之间以磁场传送能量,两者之间不用电线连接,因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。 现阶段无线充电技术以电磁感应方式和电磁共振方式为主。 电磁感应技术相对容易实现,同时充电效率较高,在无线充电推广初期是主要应用方式,商业化应用已经非常成熟,目前手机中采用的无线充电技术也主要是电磁感应技术。

1、电磁感应方式

电磁感应技术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。 由电—磁—电转化,以此构建一套无线电能传输系统。 电磁感应方式的磁场随着距离的增加快速减弱,一般只能在数毫米至 10 厘米的范围内工作, 因此传输距离短、使用位置相对固定, 但是能量效率较高、技术简单, 是目前主要商业化应用的方式。

最早利用这一原理的无线充电产品是电动牙刷。 电动牙刷由于经常接触到水,所以采用无接点充电方式,可使得充电接触点不暴露在外,增强了产品的防水性,也可以整体水洗。 以电动牙刷为例, 在充电插座和牙刷中各有一个线圈,当牙刷放在充电座上时就有磁耦合作用,利用电磁感应的原理来传送电力,感应电压经过整流后就可对牙刷内部的充电电池充电。

2、电磁共振方式

电磁共振方式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,以此来给设备充电。电磁共振方式相比电磁感应方式最大的优势在于在距离具有更高宽容度,可以支持数厘米至数米的无线充电;并且电磁共振方式还可以同时对多个设备进行充电,并且对设备的位置并没有严格的限制,使用灵活度在各项技术中居于榜首,未来无线充电的重点发展方向。 该技术的主要缺陷在于在传输效率较低。

3、电磁耦合方式

相对于传统的电磁感应式,电场耦合方式有三大优点:充电时设备的位置具备一定的自由度;电极可以做得很薄、更易于嵌入;电极的温度不会显著上升,对嵌入也相当有利。

电场耦合方式具有体积小、发热低和高效率的优势,缺点在于开发和支持者较少,不利于普及。

4、微波谐振方式

英特尔公司是微波谐振方式的拥护者,这项技术采用微波作为能量的传递信号,接收方接受到能量波以后,再经过共振电路和整流电路将其还原为设备可用的直流电。

这种方式就相当于我们常用的Wi-Fi无线网络,发收双方都各自拥有一个专门的天线,所不同的是,这一次传递的不是信号而是电能量。

微波的频率在300MHz~300GHz之间,波长则在毫米-分米-米级别,微波传输能量的能力非常强大,我们家庭中的微波炉即是用到它的热效应,而英特尔的微波无线充电技术,则是将微波能量转换回电信号。

微波谐振方式的缺点相当明显,就是能量是四面八方发散的,导致其能量利用效率低得出奇。而它的优点,则是位置高度灵活,只要将设备放在充电设备附近即可,对位置的要求很低,是最符合自然的一种充电方式。无线微波方式虽然能效很低,但使用最为方便。

未来的无线充电将是高自由度的、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电; 2 还采用新的架构使得单一线圈情况下充电面积增加,提高充电效率; 3 发射端可以为多个接收端充电; 4 可以支持设备间的互相充电。

目前电磁感应式无线充电的方案最为成熟, 商业也最为广泛。但是这种充电技术充电过程中手机需要限定在一定的位置上,仍然没有带来任何灵活性。 由于其成熟度和相对较高的效率, 是目前技术条件下商业化应用的最优选择。苹果等手机制造商正在努力提高这项技术的充电效率,然后再过渡到下一阶段的无线充电技术——电磁谐振无线充电。

在电磁谐振充电方式中,发射线圈和接收线圈可以弱耦合,但工作频率相近, 这使得设备可以在距充电区域稍大的距离处使用,因此提高了充电位置的自由度。这种新型充电技术符合未来无线充电升级方向,但是电磁谐振充电仍然还不够成熟,并且效率较低, 市场应用尚需要时间。

原文标题:渐行渐近的无线快充时代

文章出处:【微信号:WW_CGQJS,微信公众号:传感器技术】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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