电磁场理论在无线充电技术中的应用

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1、电磁场理论在无线充电技术中的应用摘要：无线充电己经在电动牙刷、电动剃须刀、无绳电话等部分家电产砧中实用化，现在其应川范围又扩大到了智能手机领域及电动汽车和列车领域。未來可以将无线充电装置安装迕办公桌内部，只要将笔记木或PDA等电器放在桌上就能够立即供电。本文详细介绍了四种主要的尤线充电技术，即电磁感应式充电、磁井振式充电、无线电波式充电和电场耦合式充电。关键词：无线充电电磁感应磁共振无线电波电场耦合0•引言近年来，智能手机相关的技术FI益成熟，其所带來的科技成就也不断地引人注目。扔掉电源线，给肖己的智能手机进行无线充电

2、，这对于许多人来说可能冇点天方夜谭。但事实上，无线充电技术其实很久以前就出现了，不过经过近儿年的发展，现在冰变得成熟好用，并很快就要进入大规模的商用化时代，这项不为大众所熟悉的技术，.iHtfi然米到我们的前。1.无线充电技术分类所无线充电技术(Wirelesschargingtechnology)，顾名思义，足通过空气向电子设备传送能跫来达到充电的n的。无线充屯技术可以分为叫种类型。第一类是通过屯磁感应“磁耦合”进行短程传输，它的特点足传输距离短、使用位S相对固定，似足能量效率尚、技术简单，很适合作为无线充电技术使用

3、。笫二类是将电能以电磁波“射频”或非辐射性谐振“磁共振”等形式传输，它具有较高的效率和非常好的灵活性，足0前业内的开发重点。笫三类是将电能以微波的形式无线传送——发射到远端的接收天线，然后通过整流、调制等处理后使川，虽然这种方式能效很低，但使川最为方便，英特尔是这项方案的支持者。第四类则是“电场耦合”的方式，它具有体积小、发热量小和高效率的优势，缺点在于开发和支持者较少，不利于普及。农1叫种无线充电方式无线供电方式示意阁简耍说明电磁感应方式曇利W两个平行排列的线圈间因电磁感应而产生感应电流的原理来供电的方式磁共振方式W

4、其原理与电磁感成方式相同，利用磁共振方式进行的非接触式供电电场耦合方式将两个平面电极平行排列，利用电场耦合的原理來供电的方式电波方式I将天线接收的电波信号转换成电能的方式1.1电磁感应式充电我们今天见到的各类无线充电技术，人多是采用电磁感应技术，我们可以将这项技术看作足分离式的变压器。法拉第电磁感应定律即感应电动势与穿过冋路所围面积的磁通量的吋间变化率成正比，其数学表达式为我们知道，现在广泛应用的变压器山一个磁芯和二个线圈(初级线圈、次级线圈)组成;当初级线圈两端加上一个交变电压时，磁芯中就会产生一个交变磁场，从而在次

5、级线圈上感应一个相Ml频率的交流电压，电能就从输入电路传输至输出电路。根据电磁感应定律可以得到u=抑二抑\'抑'!=［出'十m出21dtdtclt1dtdt<..(2)=cli//2=c/y/21+cli//22.2dtdtdtdt2dt其中是初级线阁两端的电压，流经的电流和自感，z/2，/2，L2是次级线阁两端的电压,流经的电流和£1感，是初级线圈和次级线圈之间的互感。工作在正弦稳态条件下的耦合电感，Kfi数形式的电压电流关系为：•••U,=jeoLJ^ja)MI2.(3)U2=jcoM/,+jcoL212如果将

6、发射端的线阁和接收端的线阍放在两个分离的设备屮，当电能输入到发射端线阐吋，就会产生一个磁场，磁场感应到接收端的线圈、就产生了电流，这样我们就构建了一袞无线电能传输系统。这赛系统的主要缺陷在于，磁场随着距离的增加快速减弱，一般只能在数毫米至10厘米的范闹內工作，加上能ft是朝着四而八方发散式的，因此感俺电流远远小于输入电流，能源效率并不高。似对于近距离接触的物体这就不存在问题了。最早利川这一•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，

7、也可以整体水洗。在充电插座和牙刷屮各奋一个线阁，当牙刷放在充电庵上时就朽磁耦合作用，利用电磁感放的原理来传送电力，感戍电灰经过整流后就可对牙刷内部的充电电池充电。线圈之间也足奋可能有杂物进入的，还奋某些动物(猫狗)进入里面，一旦产生也涡流，就如同电磁炉一样，安全件问题非常明妞。这种工作方式川在智能手机中完全可行，苹果公司、摩托罗拉公司、LG、松下和NTTDoCoMo都在开发各A的无线充电器。理论上说，只耍在充电座和手机中分别安装发射和接收电能的线圈，就能实现像电动牙刷一样的无节点充电。由此，手机的充电方式可以变得更加灵

8、活，接口也有望得到统一，提高用户使用的方便性。1.2磁共振式充电与电磁感俺方式相比，磁共振技术在距离上就右了一定的宽容度，它可以支持数厘米至数米的无线充电，使用上更加灵活。磁共振同样要使用两个规格完全匹配的线圈，一个线阓通电r产生磁场，另一个线阓w此共振、产生的电流就可以点亮灯泡或者给设备充电。除了距离较远外，磁共振方式还可以同吋