背后技术原理是无线充电什么原理

无线充电，这个词说它新，是因为最近几年才开始映入大家眼帘，如智能手机无线充电、特斯拉等其它新能源汽车无线充电、智能机器人无线充电等应用开始逐渐兴起；说它旧也不为过，在过去几十年里它一直存在并还经常被消费者使用，最明显的例子就是公交刷卡的应用，有人就想，公交刷卡怎么也和无线充电联系上了？没错，公交刷卡用的IC卡内部有一颗智能芯片，只有靠近刷卡机时，刷卡机通过发射调制好的13.56MHz电磁信号耦合给IC卡内部充电， IC卡内部有电后（微弱电压）才能工作，最终才能刷卡扣费成功。下面我们来了解下无线充电的技术原理。

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图1：电磁耦合过程
无线充电技术原理
【背后技术原理是无线充电什么原理】无线充电系统主要采用电磁感应原理（又是电磁感应，前面文章多次提到过这词），通过线圈进行能量耦合实现能量的传递，变化的电场会产生变化的磁场（送电线圈）变化的磁场会产生变化的电场（受电线圈），其大小均与它们的变化频率、变化强度、天线耦合等因素有关系，感应电压的产生与磁通量的变化相关，受电线圈内部变化的磁场产生感应电压，通过后端电路解调、处理后，从而完成充电过程。从技术解决方案上来讲，目前无线充电技术主要有电磁感应式、磁共振式、无线电波式、电场耦合式四种基本方式。这几种技术分别适用于近程、中短程与远程电力传送。各种无线充电方式都有各自的特点，具体比较如表1所示。

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表1
电磁感应式充电方案。当前最成熟、最普遍的是电磁感应式。其根本原理是利用电磁感应原理，类似于变压器，在发送端和接收端各有一个线圈，初级线圈上通一定频率的交流电，由于电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端，如图2所示。PWC联盟发起者Powermat公司用电磁感应式推出过一款WiCC充电卡，与SD卡差不多大，内部嵌有线圈和电极等组件，插入现有智能手机电池旁边即可使用。

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图2：电磁感应式无线充电原理
磁共振式充电方案。磁共振式也称为近场谐振式，由能量发送装置，和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振，它们就可以交换彼此的能量，其原理与声音的共振原理相同，排列在磁场中的相同振动频率的线圈，可从一个向另一个供电，如图3 。技术难点是小型化和高效率化，被认为是将来最有希望广泛应用于电动汽车无线充电的一种方式。磁共振方式的原理与声音的共振原理相同。排列好振动频率相同的音叉，一个发声的话，其他的也会共振发声。同样，排列在磁场中的相同振动频率的线圈，也可从一个向另一个供电。利用共振还可延长传输距离。电磁感应方式的供电距离最大为数mm～10cm左右，而磁共振方式如果线圈够大，可向数m远以外供电。汽车的车底到地面一般有15cm左右的距离。如果在车底安装受电线圈，在自家停车场的地面埋入供电线圈，便可在停车时充电。能够省去连接充电线缆的麻烦。另外，磁共振方式不同于电磁感应方式，无需使线圈间的位置完全吻合。即使停车位置与固定位置稍微错开，线圈之间也会共振。

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图3：磁共振式无线充电示意图
无线电波式充电方案。基本原理类似于早期使用的矿石收音机，主要有微波发射装置和微波接收装置组成。典型的是20世纪60年代布朗（William C. Brown）的微波输电系统，其示意图如图4 。整个传输系统包括微波源、发射天线、接收天线3部分;微波源内有磁控管，能控制源在2. 45 GHz频段输出一定的功率;发射天线是64个缝隙的天线阵，接收天线拥有25%的收集和转换效率。日本龙谷大学的移动式无线充电系统，也是通过频率为2.45GHz 的微波送电，点亮了行驶中的模型警车的警灯。

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图4：无线电波式电能传输
电场耦合式充电方案。电场耦合式利用通过沿垂直方向耦合的两组非对称偶极子而产生的感应电场来传输电能，其基本原理是通过电场将电能从发送端转移到接收端。这种方式主要是村田制作所采用，具有抗水平错位能力较强的特点。
不同的无线充电应用，设计者会选用不同的技术方案，这里面主要是从电磁信号调制频率及方式、驱动电压电流大小、天线线圈材质及布局等方面细化。