无线充电技术的应用

许红霞++付益超

摘 要能源危机和环境问题越来越受到人们的重视，节能环保是近年来所倡导的生活方式，无线充电技术更符合未来社会的发展趋势，并为充电设备带来了一场变革。本文介绍了无线充电技术的发展，原理；重点分析了其应用方向。

【关键词】无线充电技术 电磁感应 电磁共振技术 航标

1 无线充电技术的发展

推动人类文明的进步总会伴随一些新事物的出现，于是在19世纪电能诞生了，随后电能也在人们的生活中发挥出了越来越重要的作用。人们也意识到电能所带给生活上的改变，很多的地方也需要电能。由于当时的社会发展水平并没有那么高，很多的有线的配电系统都难以建立起来。这时候会有些人猜想能否可以建立起一种无线输电系统，把电能通过无线的方式进行传送，这样就可以有效解决大部门地区没有有线输电系统的局限。

最初的无线输电是指远距离大功率的电能传送，可是研究的方向太超前了最终都以失败告终。但相关的基础理论研究由此开展并延续下来，其中以尼古拉，特斯拉为代表，在无线充电这个领域中做出了杰出的贡献。到了近代之后，随着科技的发展，电子产品的涌现，对无线充电的要求越来越迫切。与无线输电不同的是无线充电都指的是相对近距离的电能传输。

2 无线充电的原理

谈起无线充电，首先要追溯到19世纪上半期发现的一个物理现象，1820年丹麦物理学家汉斯·克里斯蒂安·奥斯特发现通电线圈周围会产生磁场同时用没有通电带小灯泡的线圈去靠近该磁场，会发现小灯泡居然亮了一下，遗憾的是奥斯特并没有深究下去，也许他认为这可能是一个偶然的事情。直到1831年英国的物理学家迈克尔，法拉第发现了这种线圈可以向线圈供电的物理现象，大家称之为电磁感应现象，由此打开了无线充电这一门技术的大门。无线充电的方式有四种：电磁感应式，电磁共振式，无线电波式，电场耦合式。电磁感应式传输功率几瓦到几百瓦，传输距离几十厘米；电磁共振式传输功率几千瓦，传輸距离三到四米；无线电波式传输功率大于100毫瓦，传输距离超过10米，电场耦合式传输功率约100毫安，传输距离不超过十米。

目前在实际生活中应用比较广泛的是利用法拉第电磁感应定律电磁感应式：闭合的通电线圈周围会产生磁场，产生磁场之后会形成感应电动势，有了感应电动势之后便会形成电压。闭合线圈有电压之后便会产生感应电流，其原理有点类似于变压器，在发送端安装一个线圈，接收端也安装一个线圈。发送端线圈一端连着有线电源，负责向外部空间发射电磁信号，接收端线圈安装在电子产品上，通过感应发送端的电磁信号产生电流给设备充电。原理如图1所示。

3 无线充电的应用

无线充电技术的确能方便我们的日常生活，关于无线充电的应用，无论在智能穿戴、家电、还是智能玩具等领域，无线充电都有其优势，如安全、便捷、防水防尘、不用接线等等，可以说无线充电的前景非常广阔。现在来看看无线充电可以应用于我们生活的哪些方面：

3.1 电动牙刷

电动牙刷是近年出现的新产品，由于使用环境需要接触到水，这就为充电安全提高了要求。飞利浦公司处于防水的目的，第一次将无线充电技术应用于电动牙刷。其充电原理是电磁感应，充电器内部线圈通电后产生磁场，牙刷内部接收线圈可以接收到附近充电器内部磁场产生的电荷，通过电荷传输完成充电。整个过程不需要使用导线，没有金属接头，对浴室，盥洗室等潮湿环境来说时尚，安全，方便。

3.2 移动智能电子设备

时下电子产品已经应用于我们生活中的方方面面，像手机，笔记本电脑，IPAD，MP3等等。这些产品在方便我们日常生活的同时，也给我们带来了很多乐趣。但是充电是一件麻烦事，需要充电线，不能随时随地充，还存在充电线不公用，充电线容易坏等问题。那么无线充电就显示出了其优势，智能手机制造商也早在2013年就开始在其智能手机中集成无线充电功能，2015年3月三星热门手机GalaxyS6就支持无线充电功能。尽管目前无线充电技术还存在充电效率不高，技术不成熟等问题，但无线充电技术代表着未来的发展方向，就像前些年的有线电话和时下的移动电话，固定网络和无线Wi-Fi，从性能上讲有线比无线强大，但是从普及性和实用性方面看，无线技术当仁不让占据主流地位。相信用不了几年智能手机及其他的移动电子设备将普及无线充电功能。

3.3 电动汽车

在全球环境越来越恶化的今天，节能环保也是大家茶余饭后的谈资，现在汽车也越来越注重环保。电动车逐渐走近了人们的视野，大家也在慢慢地改变自己的观念，电动车也越来越受到更多人的青睐。

目前电动汽车的充电方式有接触式和非接触式两种。接触式充电效率高但存在电压高，电流大，使用过程接触点磨损，且不能在雨水环境充电等问题。而利用电磁感应原理进行非接触充电就很好的避免了这些问题。电动车充电器与电源不需要电气连接，可用于各种环境且操作安全。随着科技的发展，相关配套设备的健全，用于泊车、公交站台、行车等各种场景的无线充电时代很快就来临了。

3.4 航标

无线充电技术对人的健康有没有影响，一直没有定论，基于这种情况，有些厂商就把目标投向无人的场所如有泥沙的野外，内部有气压的产品，水面水下作业需防水密封设备等。航标就是一个很好的使用场所。无论是发光航标（灯塔，灯桩，灯船），音响航标还是无线电航标都可以使用无线充电技术。将相关航标充电设备设计成全密封式的，不仅防水防腐蚀，而且便于维护。

4 小结

综上来看，无线充电系统具有安全，便捷，防水防腐蚀，自动化程度高等诸多优点，潜藏巨大商机，已引起国内外的广泛关注，很快这种技术就能走出实验室研究，应用到我们生活的各个领域。

参考文献

[1]陈新，张桂香.电池感应无线充电的联合仿真研究[J].电子测量与仪器学报，2014，4（28）434-440.

[2]曾繁屏.浅谈无线充电技术及其航标应用的展望[C].中国航海学会航标专业委员会沿海航标学组、无线电导航学组、内河航标学组年会暨学术交流会论文集，福州，2009：221-224.

[3]廖承林，李均锋，马中原.无线电能传输技术在电动汽车无线充电中的应用[J].物理前沿，2015，27（02）：51-53.

作者简介

许红霞（1987-），女，河南省周口市人。硕士学位。现为广东科技学院机电工程系助教。主要研究方向为大学物理实验和燃料电池。

作者单位

广东科技学院 广东省东莞市 523083