無線充電技術(shù)的應用

許紅霞++付益超

摘 要能源危機和環(huán)境問題越來越受到人們的重視，節(jié)能環(huán)保是近年來所倡導的生活方式，無線充電技術(shù)更符合未來社會的發(fā)展趨勢，并為充電設(shè)備帶來了一場變革。本文介紹了無線充電技術(shù)的發(fā)展，原理；重點分析了其應用方向。

【關(guān)鍵詞】無線充電技術(shù) 電磁感應 電磁共振技術(shù) 航標

1 無線充電技術(shù)的發(fā)展

推動人類文明的進步總會伴隨一些新事物的出現(xiàn)，于是在19世紀電能誕生了，隨后電能也在人們的生活中發(fā)揮出了越來越重要的作用。人們也意識到電能所帶給生活上的改變，很多的地方也需要電能。由于當時的社會發(fā)展水平并沒有那么高，很多的有線的配電系統(tǒng)都難以建立起來。這時候會有些人猜想能否可以建立起一種無線輸電系統(tǒng)，把電能通過無線的方式進行傳送，這樣就可以有效解決大部門地區(qū)沒有有線輸電系統(tǒng)的局限。

最初的無線輸電是指遠距離大功率的電能傳送，可是研究的方向太超前了最終都以失敗告終。但相關(guān)的基礎(chǔ)理論研究由此開展并延續(xù)下來，其中以尼古拉，特斯拉為代表，在無線充電這個領(lǐng)域中做出了杰出的貢獻。到了近代之后，隨著科技的發(fā)展，電子產(chǎn)品的涌現(xiàn)，對無線充電的要求越來越迫切。與無線輸電不同的是無線充電都指的是相對近距離的電能傳輸。

2 無線充電的原理

談起無線充電，首先要追溯到19世紀上半期發(fā)現(xiàn)的一個物理現(xiàn)象，1820年丹麥物理學家漢斯·克里斯蒂安·奧斯特發(fā)現(xiàn)通電線圈周圍會產(chǎn)生磁場同時用沒有通電帶小燈泡的線圈去靠近該磁場，會發(fā)現(xiàn)小燈泡居然亮了一下，遺憾的是奧斯特并沒有深究下去，也許他認為這可能是一個偶然的事情。直到1831年英國的物理學家邁克爾，法拉第發(fā)現(xiàn)了這種線圈可以向線圈供電的物理現(xiàn)象，大家稱之為電磁感應現(xiàn)象，由此打開了無線充電這一門技術(shù)的大門。無線充電的方式有四種：電磁感應式，電磁共振式，無線電波式，電場耦合式。電磁感應式傳輸功率幾瓦到幾百瓦，傳輸距離幾十厘米；電磁共振式傳輸功率幾千瓦，傳輸距離三到四米；無線電波式傳輸功率大于100毫瓦，傳輸距離超過10米，電場耦合式傳輸功率約100毫安，傳輸距離不超過十米。

目前在實際生活中應用比較廣泛的是利用法拉第電磁感應定律電磁感應式：閉合的通電線圈周圍會產(chǎn)生磁場，產(chǎn)生磁場之后會形成感應電動勢，有了感應電動勢之后便會形成電壓。閉合線圈有電壓之后便會產(chǎn)生感應電流，其原理有點類似于變壓器，在發(fā)送端安裝一個線圈，接收端也安裝一個線圈。發(fā)送端線圈一端連著有線電源，負責向外部空間發(fā)射電磁信號，接收端線圈安裝在電子產(chǎn)品上，通過感應發(fā)送端的電磁信號產(chǎn)生電流給設(shè)備充電。原理如圖1所示。

3 無線充電的應用

無線充電技術(shù)的確能方便我們的日常生活，關(guān)于無線充電的應用，無論在智能穿戴、家電、還是智能玩具等領(lǐng)域，無線充電都有其優(yōu)勢，如安全、便捷、防水防塵、不用接線等等，可以說無線充電的前景非常廣闊?，F(xiàn)在來看看無線充電可以應用于我們生活的哪些方面：

3.1 電動牙刷

電動牙刷是近年出現(xiàn)的新產(chǎn)品，由于使用環(huán)境需要接觸到水，這就為充電安全提高了要求。飛利浦公司處于防水的目的，第一次將無線充電技術(shù)應用于電動牙刷。其充電原理是電磁感應，充電器內(nèi)部線圈通電后產(chǎn)生磁場，牙刷內(nèi)部接收線圈可以接收到附近充電器內(nèi)部磁場產(chǎn)生的電荷，通過電荷傳輸完成充電。整個過程不需要使用導線，沒有金屬接頭，對浴室，盥洗室等潮濕環(huán)境來說時尚，安全，方便。

3.2 移動智能電子設(shè)備

時下電子產(chǎn)品已經(jīng)應用于我們生活中的方方面面，像手機，筆記本電腦，IPAD，MP3等等。這些產(chǎn)品在方便我們?nèi)粘Ｉ畹耐瑫r，也給我們帶來了很多樂趣。但是充電是一件麻煩事，需要充電線，不能隨時隨地充，還存在充電線不公用，充電線容易壞等問題。那么無線充電就顯示出了其優(yōu)勢，智能手機制造商也早在2013年就開始在其智能手機中集成無線充電功能，2015年3月三星熱門手機GalaxyS6就支持無線充電功能。盡管目前無線充電技術(shù)還存在充電效率不高，技術(shù)不成熟等問題，但無線充電技術(shù)代表著未來的發(fā)展方向，就像前些年的有線電話和時下的移動電話，固定網(wǎng)絡(luò)和無線Wi-Fi，從性能上講有線比無線強大，但是從普及性和實用性方面看，無線技術(shù)當仁不讓占據(jù)主流地位。相信用不了幾年智能手機及其他的移動電子設(shè)備將普及無線充電功能。

3.3 電動汽車

在全球環(huán)境越來越惡化的今天，節(jié)能環(huán)保也是大家茶余飯后的談資，現(xiàn)在汽車也越來越注重環(huán)保。電動車逐漸走近了人們的視野，大家也在慢慢地改變自己的觀念，電動車也越來越受到更多人的青睞。

目前電動汽車的充電方式有接觸式和非接觸式兩種。接觸式充電效率高但存在電壓高，電流大，使用過程接觸點磨損，且不能在雨水環(huán)境充電等問題。而利用電磁感應原理進行非接觸充電就很好的避免了這些問題。電動車充電器與電源不需要電氣連接，可用于各種環(huán)境且操作安全。隨著科技的發(fā)展，相關(guān)配套設(shè)備的健全，用于泊車、公交站臺、行車等各種場景的無線充電時代很快就來臨了。

3.4 航標

無線充電技術(shù)對人的健康有沒有影響，一直沒有定論，基于這種情況，有些廠商就把目標投向無人的場所如有泥沙的野外，內(nèi)部有氣壓的產(chǎn)品，水面水下作業(yè)需防水密封設(shè)備等。航標就是一個很好的使用場所。無論是發(fā)光航標（燈塔，燈樁，燈船），音響航標還是無線電航標都可以使用無線充電技術(shù)。將相關(guān)航標充電設(shè)備設(shè)計成全密封式的，不僅防水防腐蝕，而且便于維護。

4 小結(jié)

綜上來看，無線充電系統(tǒng)具有安全，便捷，防水防腐蝕，自動化程度高等諸多優(yōu)點，潛藏巨大商機，已引起國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，很快這種技術(shù)就能走出實驗室研究，應用到我們生活的各個領(lǐng)域。

參考文獻

[1]陳新，張桂香.電池感應無線充電的聯(lián)合仿真研究[J].電子測量與儀器學報，2014，4（28）434-440.

[2]曾繁屏.淺談無線充電技術(shù)及其航標應用的展望[C].中國航海學會航標專業(yè)委員會沿海航標學組、無線電導航學組、內(nèi)河航標學組年會暨學術(shù)交流會論文集，福州，2009：221-224.

[3]廖承林，李均鋒，馬中原.無線電能傳輸技術(shù)在電動汽車無線充電中的應用[J].物理前沿，2015，27（02）：51-53.

作者簡介

許紅霞（1987-），女，河南省周口市人。碩士學位?，F(xiàn)為廣東科技學院機電工程系助教。主要研究方向為大學物理實驗和燃料電池。

作者單位

廣東科技學院 廣東省東莞市 523083