無線充電系統(tǒng)主流結(jié)構(gòu)類型分析概述目錄TOC\o"1-3"\h\u1743無線充電系統(tǒng)主流結(jié)構(gòu)類型分析概述 1197631.1電磁感應(yīng) 1147121.2磁場共振 3176071.3電波輻射 4182251.4電場耦合 6依照目前的主流無線電力傳輸技術(shù)的研究，現(xiàn)在常見的能夠真正完成脫離傳統(tǒng)電線傳輸電能的實(shí)現(xiàn)方式類型主要分為四大類：通過電場進(jìn)行耦合原理，致使磁場通過共振原理和采用電磁感應(yīng)現(xiàn)象原理，以及最后的使用無線電波的輻射原理。這四種不同的研究應(yīng)用方向都具有它們獨(dú)特的優(yōu)勢與本身技術(shù)所受限制，研究方向衍生出的產(chǎn)品類型也多種多樣，用途各異。1.1電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)原理，該項(xiàng)技術(shù)最早起始于電力能源剛剛為人們所接受使用的十九世紀(jì)，由當(dāng)時的天才科學(xué)家，著名交流電學(xué)之父的尼古拉特斯拉先生所提出的電磁理論構(gòu)想所延伸的科技，其原理與今天所常用的變壓器相類似，他將系統(tǒng)能量傳輸?shù)钠鹗寂c獲取部分替換成為一個金屬導(dǎo)電線圈，根據(jù)電磁學(xué)理論，起始線圈進(jìn)行通電產(chǎn)生一個穩(wěn)定的磁場，由于該磁場通入的是交變的電流，其方向時刻在改變，于是該磁場也不斷產(chǎn)生相應(yīng)的變化，由于這種變化的磁場在不斷的切割接收部分的導(dǎo)電線圈，以至于線圈內(nèi)部產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢，也便產(chǎn)生了感應(yīng)電流，于是在兩者不產(chǎn)生物理空間上的相對接觸的前提下，電力能源便從一個位置傳輸?shù)搅硗庖粋€位置，這也是當(dāng)前技術(shù)領(lǐng)域里面實(shí)現(xiàn)無線電源充電的最為穩(wěn)妥，也最為常見的方式。目前主流學(xué)者對其研究較為透徹，由于在該技術(shù)下發(fā)射端線圈要想使其產(chǎn)生范圍較廣且足夠穩(wěn)定的磁場，就必須使用頻率較為大的交流電的刺激下，使其如同變壓器一般在一次側(cè)的繞組通過灌輸較大能量使其穿過空氣等介質(zhì)與二次側(cè)的繞組進(jìn)行相對穩(wěn)定的耦合，但由于實(shí)際生活中所應(yīng)用的條件限制，相對較差的空氣介質(zhì)等會對其關(guān)鍵部位間隙消耗較大的能量，并不利于整體能量傳輸?shù)男剩阅壳半姶鸥袘?yīng)原理的應(yīng)用一般所限制的距離條件比較短小，其磁場的產(chǎn)生范圍隨著空間的延伸強(qiáng)度會隨之急速下降，且所具備的電場能量是在空間上進(jìn)行360°全方位的擴(kuò)散，電流的強(qiáng)度很容易隨著距離的長度延長而下降，僅僅能做到毫米到厘米級別的無線傳輸裝置，且需要對于裝置的位置有著極大的要求，但其優(yōu)點(diǎn)也十分明顯，由于電磁感應(yīng)原理所使用的頻率范圍大約在一般在KHZ級別上，所以其充電效率最高可達(dá)百分之八十左右，轉(zhuǎn)換效率極高所以其特別適合短距離高效傳輸。目前使用該技術(shù)較為廣泛的制造產(chǎn)商類似有TI，Powermat,Splashpower等等。目前該技術(shù)根據(jù)其原理的優(yōu)劣勢主要應(yīng)用于個人移動電話，電子手表，可穿戴小型電子設(shè)備，電動剃須刀，電動牙具等等中小型產(chǎn)品。根據(jù)下面所揭示的電磁感應(yīng)原理示意圖可以看出，整個電路系統(tǒng)輸入端接入工頻交流電源，通過對其的整流濾波再經(jīng)過一個高頻逆變技術(shù)的改造，通過一次側(cè)補(bǔ)償經(jīng)過變壓器模型將電流能量傳輸?shù)蕉蝹?cè)補(bǔ)償。經(jīng)過一個電流調(diào)理將其加載到負(fù)載之上，如此便完成了在應(yīng)用電磁感應(yīng)原理的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的無線電源充電過程。1.2磁場共振磁場共振原理，顧名思義，它是運(yùn)用將起始端的電力通過設(shè)置參數(shù)使其和完全相近的共同振動頻率的輸入端，通過一起震動的現(xiàn)象來進(jìn)行電能的傳輸方式，詳細(xì)解釋為在無線傳輸系統(tǒng)中將電力輸出裝置和電力輸出裝置的電磁屬性提升到一個相同的頻率當(dāng)中，在此基礎(chǔ)上令其共同震動來使他們產(chǎn)生交互，完成無線電能的傳輸要求。他們本質(zhì)是將電力轉(zhuǎn)化成為了一種特殊形式能量即為電磁波，根據(jù)其本身所具有的性質(zhì)以磁共振的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)移。這項(xiàng)技術(shù)所具有的好處相對于上一種方式來看極為明顯，由于其本質(zhì)原理不同，它可以更自由的選擇所使用的設(shè)備距離方位等等，且該種方式不局限于單一相對的能量傳輸，只要設(shè)置好相同的共振接收裝置，即可以形成一對多的無線充電情形。由于其實(shí)際使用依然利用電與磁技術(shù)的轉(zhuǎn)換，其所使用的頻率范圍大致在10-15MHZ，所以磁場共振技術(shù)所能實(shí)現(xiàn)的實(shí)際傳輸距離大致在厘米到米數(shù)量級范圍之間，相對而言其充電效率較之電磁感應(yīng)技術(shù)略有不及僅能達(dá)到百分之五十到六十，但即使這樣的數(shù)據(jù)在目前步入商用正規(guī)化的進(jìn)程中依然達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，而且由于其充電形式非常靈活，其在手機(jī)端的無線充電應(yīng)用模塊上逐漸超過了電磁感應(yīng)原理的應(yīng)用。體現(xiàn)出的強(qiáng)力優(yōu)勢便在于其可以完成遠(yuǎn)程較大功率的充電要求，目前所需克服的僅僅是如何更加高效的提升工作時能量傳輸效率問題。目前使用該技術(shù)較為廣泛的制造產(chǎn)商類似有MIT，Inter日本富士通等等。比較有名的實(shí)驗(yàn)是麻省理工的某一科研團(tuán)隊(duì)曾在2007年采用的磁場共振技術(shù)將一個相隔大約三米遠(yuǎn)的電燈隔空通電，這一技術(shù)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用一經(jīng)證實(shí)即刻引發(fā)了學(xué)術(shù)界的廣泛探討，由當(dāng)時的簡單傳輸研發(fā)到現(xiàn)在雖然仍然存在裝配件制造費(fèi)用高昂，所能達(dá)到的能量傳輸效率不是十分理想，但現(xiàn)在依然是目前無線充電技術(shù)研發(fā)的主流方向之一了。1.3電波輻射無線電波輻射原理，該原理簡單來說便是利用裝置將環(huán)境的電磁波轉(zhuǎn)換為電流，通過電路傳輸電流，它是相較于前面已經(jīng)呈現(xiàn)為一個比較成熟的無線充電思路。他的思路靈感來源于最早的收音機(jī)所應(yīng)用的原理，該裝置整體采用的是一個能夠發(fā)射特殊電磁波的產(chǎn)生設(shè)備，和一個能夠?qū)ｉT接收該電磁波的接收設(shè)備，該設(shè)備能夠做到在一個密閉空間中將所發(fā)射的電磁波經(jīng)過邊界所回彈所產(chǎn)生的相應(yīng)能量進(jìn)行采集，然后在后續(xù)的系統(tǒng)電路之中將這一電流通過整流與放大等操作將其輸出成為一個較為穩(wěn)定的電流。根據(jù)其原理性質(zhì)，運(yùn)用無線電波輻射技術(shù)可以真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的電能傳輸，該項(xiàng)技術(shù)所追溯的歷史可以到第二次世界大戰(zhàn)之中，在戰(zhàn)爭中由于運(yùn)用了首個大型功率的輻射雷達(dá)后，較多科學(xué)家們把目光逐漸放到能夠在遠(yuǎn)場進(jìn)行發(fā)散的遠(yuǎn)場電波系統(tǒng)。人們發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用了特殊的接線裝置接收信號后能夠感應(yīng)到處于1-3GHZ之間的電波，根據(jù)實(shí)驗(yàn)確實(shí)可以將其直接轉(zhuǎn)化為能夠供人們使用的直流電。該技術(shù)研究至今已經(jīng)逐步完善，目前能夠做到收集空間中的微波將其經(jīng)過電路裝置把波形能量轉(zhuǎn)化為直流電，拿現(xiàn)在的產(chǎn)品所舉例，就像是接收WIFI信號一樣不過兩端是兩個配套的天線之間進(jìn)行信號的傳遞。根據(jù)研究結(jié)果顯示這種電波能量具有相當(dāng)大的作用，我們平常生活中經(jīng)常使用的微波爐即使用到了這種微型電波技術(shù)，不過微波爐是將其轉(zhuǎn)化成為了熱能供人們所使用。所以這個技術(shù)的缺點(diǎn)也是相當(dāng)致命，這種微波能量的傳輸雖然空間距離上長遠(yuǎn)但是卻發(fā)散，這樣就會使得能量電波傳遞過程中或是反彈過程中不能得到充分的利用，使其充電轉(zhuǎn)化效率極其低下，較為明顯的體現(xiàn)在了該原理應(yīng)用下的無線充電裝置能夠做到在數(shù)十米的空間范圍內(nèi)進(jìn)行傳輸電能，但是其電能的接收效率還不及百分之四十，目前的產(chǎn)品僅限于應(yīng)用在遠(yuǎn)距離的中小型用電設(shè)備的無線充電。其所使用的頻率范圍也在1.45GHZ中，作為一個商用化產(chǎn)品的應(yīng)用技術(shù)，所面臨的問題實(shí)際上便是在進(jìn)行充電時所使用的傳輸時間較長。目前使用該技術(shù)較為廣泛的制造產(chǎn)商類似有Powercast，因特爾公司等等。其中因特爾公司對此項(xiàng)技術(shù)非常感興趣，其公司設(shè)計(jì)產(chǎn)品中將無線電波輻射的技術(shù)應(yīng)用到了筆記本與手機(jī)的互聯(lián)系統(tǒng)之上，通過調(diào)研目標(biāo)用戶平時所使用的手機(jī)與電腦的近距離組合巧妙的避免了該項(xiàng)技術(shù)的長遠(yuǎn)距離傳輸效率急速下降的困擾，不得不說是對科技揚(yáng)長避短的最好詮釋。1.4電場耦合電場耦合原理，它是采取使其順著豎直的方向通過進(jìn)行耦合一對不為對稱的非奇極子來發(fā)出的相互感應(yīng)的電力場域去運(yùn)送能量。通俗的說在整個無線充電系統(tǒng)之中需要設(shè)置兩組通電極板，一個做發(fā)射端一個做接收端。通過這兩個通電極板產(chǎn)生的電場來進(jìn)行一個電力的傳輸。這樣的充電模式首先具備像上述磁場共振技術(shù)一樣能夠可一定范圍幅度的自由動作而不擔(dān)心會打斷充電，且由于目前科技水平的提高該系統(tǒng)所需的配件電極板在當(dāng)前的科技能力水平范圍內(nèi)能夠做到體積較小，重量較輕，可以方便的配備在所需要的電子設(shè)備之中，而且由于其所采用的并非是電磁感應(yīng)原理，其工作過程當(dāng)中不會由于效率轉(zhuǎn)化問題將部分能量轉(zhuǎn)化為熱能來影響設(shè)備本身的使用。目前所應(yīng)用的絕大部分設(shè)備包括小型個人掌上電腦等皆取得了較為不錯