無線充電存在四種不同的方式

前言

現(xiàn)階段，無線充電存在四種不同的方式：電磁感應(yīng)方式、電磁共振方式、電場耦合方式、無線電波方式。其中用在手機無線充電的技術(shù)主要是電磁感應(yīng)技術(shù)和電磁共振技術(shù)，當然，無線充電一旦突破技術(shù)壁壘，在以后的家電，以及發(fā)展勢頭正猛的電動汽車上同樣具有非常廣闊的前景。

一、電磁感應(yīng)方式

我們今天見到的各類無線充電技術(shù)，大多是采用電磁感應(yīng)技術(shù)，我們可以將這項技術(shù)看作是分離式的變壓器。

我們知道，現(xiàn)在廣泛應(yīng)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(yīng)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。

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(shè)備中，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(yīng)到接收端的線圈、就產(chǎn)生了電流，這樣我們就構(gòu)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(nèi)工作，加上能量是朝著四面八方發(fā)散式的，因此感應(yīng)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，利用電磁感應(yīng)的原理來傳送電力，感應(yīng)電壓經(jīng)過整流后就可對牙刷內(nèi)部的充電電池充電。

電磁感應(yīng)方式的特點是傳輸距離短、使用位置相對固定，但是能量效率較高、技術(shù)簡單，很適合作為無線充電技術(shù)使用。

二、電磁共振方式

與電磁感應(yīng)方式相比，電磁共振技術(shù)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。

電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(shè)備充電。

除了距離較遠外，電磁共振方式還可以同時對多個設(shè)備進行充電，并且對設(shè)備的位置并沒有嚴格的限制，使用靈活度在各項技術(shù)中居于榜首。

在傳輸效率方面，電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。

電磁共振方式將電能以電磁波“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好的靈活性，是目前業(yè)內(nèi)的開發(fā)重點。

三、電磁耦合方式

相對于傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)式，電場耦合方式有三大優(yōu)點：充電時設(shè)備的位置具備一定的自由度；電極可以做得很薄、更易于嵌入；電極的溫度不會顯著上升，對嵌入也相當有利。

首先在位置方面，雖然它的距離無法像磁共振那樣能達到數(shù)米的長度，但在水平方向上也同樣自由，用戶將終端隨意放在充電臺上就能夠正常充電。

我們可以看到電場耦合與電磁感應(yīng)的對比結(jié)果，電極或線圈間的錯位用dz/D（中心點距離/直徑）參數(shù)來表示，當該參數(shù)為0時，表示兩者完全重合，此時能效處于最高狀態(tài)。

當該參數(shù)為1時，表示兩者完全不重合。我們可以看到，此時電場耦合方式只是降低了20%的能量輸入，設(shè)備依然是可以正常充電，而電磁感應(yīng)式稍有錯誤、能量效率就快速下降，錯位超過0.5時就完全無法正常工作，因此，電磁感應(yīng)式總是需要非常精確的位置匹配。

電場耦合方式的第二個特點是電極可以做到非常薄，比如它可以使用厚度僅有5微米的銅箔或者鋁箔，此外對材料的形狀、材料也都不要求，透明電極、薄膜電極都可以使用，除了四方形外，也可以做成其他任何非常規(guī)的形狀。

這些特性決定了電場耦合技術(shù)可以被很容易地整合到薄型要求高的智能手機產(chǎn)品中，這也是該技術(shù)相對于其他方案最顯著的優(yōu)點。顯而易見，若采用電場耦合技術(shù)，智能手機廠商在設(shè)計產(chǎn)品時就有很寬松的自由度，不會在充電模塊設(shè)計上遭受制肘。

第三個優(yōu)點就是電極部分的溫度并不會上升——困擾無線充電技術(shù)的一個難題就是充電時溫度較高，會導(dǎo)致接近電極或線圈的電池組受熱劣化，進而影響電池的壽命。

電場耦合方式則不存在這種困擾，電極部分的溫度并不會上升，因此在內(nèi)部設(shè)計方面不必太刻意。電極部分不發(fā)熱主要得益于提高電壓，如在充電時將電壓提升到1.5kv左右，此時流過電極的電流強度只有區(qū)區(qū)數(shù)毫安，電極的發(fā)熱量就可以控制得很理想。

不過美中不足的是，送電模塊和受電模塊的電源電路仍然會產(chǎn)生一定的熱量，一般會導(dǎo)致內(nèi)部溫度提升10～20℃左右，但電路系統(tǒng)可以被配置在較遠的位置上，以避免對內(nèi)部電池產(chǎn)生影響。

電場耦合方式具有體積小、發(fā)熱低和高效率的優(yōu)勢，缺點在于開發(fā)和支持者較少，不利于普及。

四、微波諧振方式

英特爾公司是微波諧振方式的擁護者，這項技術(shù)采用微波作為能量的傳遞信號，接收方接受到能量波以后，再經(jīng)過共振電路和整流電路將其還原為設(shè)備可用的直流電。

這種方式就相當于我們常用的Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)，發(fā)收雙方都各自擁有一個專門的天線，所不同的是，這一次傳遞的不是信號而是電能量。

微波的頻率在300MHz～300GHz之間，波長則在毫米-分米-米級別，微波傳輸能量的能力非常強大，我們家庭中的微波爐即是用到它的熱效應(yīng)，而英特爾的微波無線充電技術(shù)，則是將微波能量轉(zhuǎn)換回電信號。

微波諧振方式的缺點相當明顯，就是能量是四面八方發(fā)散的，導(dǎo)致其能量利用效率低得出奇，如英特爾的這套方案，供應(yīng)電力低至1瓦以下，乍一看起來實用性相當有限。而它的優(yōu)點，則是位置高度靈活，只要將設(shè)備放在充電設(shè)備附近即可，對位置的要求很低，是最符合自然的一種充電方式。

我們可以看到，當設(shè)備收發(fā)雙方完全重合時，電磁感應(yīng)和微波諧振方式的能量效率都達到峰值，但電磁感應(yīng)明顯優(yōu)勝。不過隨著X-Y方向發(fā)生位移，電磁感應(yīng)方式出現(xiàn)快速的衰減，而微波諧振則要平緩得多，即便位移較大也具有相當?shù)目捎眯浴?/p>

盡管能量和效率處于較低的水平上，乍看實用價值較為有限，但作為PC業(yè)的巨頭，英特爾具有化腐朽為神奇的本領(lǐng)，而它的做法也相當巧妙：英特爾將超極本設(shè)計為無線充電的發(fā)送端，手機作為接收端，這樣只要手機放在超極本旁邊，就能夠在不知不覺中、連續(xù)不斷地充電——相信在上班時，大多數(shù)用戶都有將手機放在桌面上的習(xí)慣，此時充電工作就可以在后臺開始了。

即便英特爾所用的微波諧振方式只能充入很低的電量，但在長時間的充電下，智能手機產(chǎn)品的電力幾乎將永不衰竭，至少從用戶角度上看是這樣，因為只要他攜帶著筆記本電腦、就根本不再需要關(guān)注充電問題。

無線微波方式雖然能效很低，但使用最為方便。