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1、2014050203023孫文昊電磁場理論在無線充電技術中的應用緒論無線充電已經(jīng)在電動牙刷、電動剃須刀、無繩電話等部分家電產(chǎn)品中實用化，現(xiàn)在其應用范圍又擴大到了智能手機領域及電動汽車和列車領域。未來可以將無線充電裝置安裝在辦公桌內部,只要將筆記本或PDA等電器放在桌上就能夠立即供電。本文詳細介紹了四種主要的無線充電技術，即電磁感應式充電、磁共振式充電、無線電波式充電和電場耦合式充電。0.引言?近年來，智能手機相關的技術日益成熟，其所帶來的科技成就也不斷地引人注目。扔掉電源線，給自己的智能手機進行無線充電，這對于許多人來說可能有點天方夜譚。但事實上，無線充電
2、技術其實很久以前就出現(xiàn)了，不過經(jīng)過近幾年的發(fā)展，現(xiàn)在才變得成熟好用，并很快就要進入大規(guī)模的商用化時代，這項不為大眾所熟悉的技術，正悄然來到我們的面前。1.無線充電技術分類?所謂無線充電技術（Wireless?charging?technology），顧名思義，是通過空氣向電子設備傳送能量來達到充電的目的。無線充電技術可以分為四種類型。第一類是通過電磁感應“磁耦合”進行短程傳輸，它的特點是傳輸距離短、使用位置相對固定，但是能量效率高、技術簡單，很適合作為無線充電技術使用。第二類是將電能以電磁波“射頻”或非輻射性諧振“磁共振”等形式傳輸，它具有較高的效率和非常
3、好的靈活性，是目前業(yè)內的開發(fā)重點。第三類是將電能以微波的形式無線傳送——發(fā)射到遠端的接收天線，然后通過整流、調制等處理后使用，雖然這種方式能效很低，但使用最為方便，英特爾是這項方案的支持者。第四類則是“電場耦合”的方式，它具有體積小、發(fā)熱量小和高效率的優(yōu)勢，缺點在于開發(fā)和支持者較少，不利于普及。（1）電磁感應方式：利用兩個平行排列的線圈間因電磁感應而產(chǎn)生感應電流的原理來供電的方式（2）磁共振方式：其原理與電磁感應方式相同，利用磁共振方式進行的非接觸式供電1.1電磁感應式充電?各類無線充電技術，大多是采用電磁感應技術，我們可以將這項技術看作是分離式的變壓器。
4、法拉第電磁感應定律即感應電動勢與穿過回路所圍面積的磁通量的時間變化率成正比，其數(shù)學表達式為我們知道，現(xiàn)在廣泛應用的變壓器由一個磁芯和二個線圈(初級線圈、次級線圈)組成；當初級線圈兩端加上一個交變電壓時，磁芯中就會產(chǎn)生一個交變磁場，從而在次級線圈上感應一個相同頻率的交流電壓，電能就從輸入電路傳輸至輸出電路。根據(jù)電磁感應定律可以得到其中是初級線圈兩端的電壓，流經(jīng)的電流和自感，是次級線圈兩端的電壓，流經(jīng)的電流和自感，M是初級線圈和次級線圈之間的互感。工作在正弦穩(wěn)態(tài)條件下的耦合電感，其復數(shù)形式的電壓電流關系為：如果將發(fā)射端的線圈和接收端的線圈放在兩個分離的設備中，
5、當電能輸入到發(fā)射端線圈時，就會產(chǎn)生一個磁場，磁場感應到接收端的線圈、就產(chǎn)生了電流，這樣我們就構建了一套無線電能傳輸系統(tǒng)。這套系統(tǒng)的主要缺陷在于，磁場隨著距離的增加快速減弱，一般只能在數(shù)毫米至10厘米的范圍內工作，加上能量是朝著四面八方發(fā)散式的，因此感應電流遠遠小于輸入電流，能源效率并不高。但對于近距離接觸的物體這就不存在問題了。最早利用這一原理的無線充電產(chǎn)品是電動牙刷——電動牙刷由于經(jīng)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(chǎn)品的防水性，也可以整體水洗。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
6、磁感應的原理來傳送電力，感應電壓經(jīng)過整流后就可對牙刷內部的充電電池充電。線圈之間也是有可能有雜物進入的，還有某些動物（貓狗）進入里面，一旦產(chǎn)生電渦流，就如同電磁爐一樣，安全性問題非常明顯。1.2磁共振式充電與電磁感應方式相比，磁共振技術在距離上就有了一定的寬容度，它可以支持數(shù)厘米至數(shù)米的無線充電，使用上更加靈活。磁共振同樣要使用兩個規(guī)格完全匹配的線圈，一個線圈通電后產(chǎn)生磁場，另一個線圈因此共振、產(chǎn)生的電流就可以點亮燈泡或者給設備充電。除了距離較遠外，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。在
7、傳輸效率方面，磁共振方式可以達到40%～60%，雖然相對較低但也進入商用化沒有任何問題。?磁場共振方式，是現(xiàn)在最被看好、被認為是將來最有希望廣泛應用于電動汽車的一種方式：磁場共振式供電，目前技術上的難點是小型、高效率化比較難?，F(xiàn)在的技術能力大約是直徑半米的線圈，能在1m左右的距離提供60w的電力。?富士通公司在2010年對磁共振系統(tǒng)進行展示，在演示中它成功地在15厘米距離內點亮兩個燈泡，具備良好的實用價值。除了富士通外，長野日本無線、索尼、高通、WiTricity都采取這項技術來開發(fā)自己的無線充電方案，其中WiTricity的應用領域是為電動汽車無線充電。
8、?2.總結無線充電設計最難的部分在于安全。因為無線充電系統(tǒng)與電磁爐
