01電磁感應方式

圖示：電磁感應方式示意圖

　　如上圖所示電磁感應方式是指利用兩個(gè)平行排列的線(xiàn)圈間因電磁感應而產(chǎn)生感應電流的原理來(lái)供電的方式。

　　我們今天見(jiàn)到的各類(lèi)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)，大多是采用電磁感應技術(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，現在廣泛應用的變壓器由一個(gè)磁芯和二個(gè)線(xiàn)圈(初級線(xiàn)圈、次級線(xiàn)圈)組成；當初級線(xiàn)圈兩端加上一個(gè)交變電壓時(shí)，磁芯中就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，從而在次級線(xiàn)圈上感應一個(gè)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(xiàn)圈和接收端的線(xiàn)圈放在兩個(gè)分離的設備中，當電能輸入到發(fā)射端線(xiàn)圈時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)感應到接收端的線(xiàn)圈、就產(chǎn)生了電流，這樣我們就構建了一套無(wú)線(xiàn)電能傳輸系統。

　　這種傳輸方式的主要缺陷在于，磁場(chǎng)隨著(zhù)距離的增加快速減弱，一般只能在數毫米至10厘米的范圍內工作，加上能量是朝著(zhù)四面八方發(fā)散式的，因此感應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(wèn)題了。

02磁共振方式

圖示：磁共振方式示意圖

　　如上圖所示磁共振方式原理與電磁感應方式相同，利用磁共振現象進(jìn)行的非接觸供電方式。

　　與電磁感應方式相比，磁共振技術(shù)在距離上就有了一定的寬容度，它可以支持數厘米至數米的無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)，使用上更加靈活。磁共振同樣要使用兩個(gè)規格完全匹配的線(xiàn)圈，一個(gè)線(xiàn)圈通電后產(chǎn)生磁場(chǎng)，另一個(gè)線(xiàn)圈因此共振、產(chǎn)生的電流就可以點(diǎn)亮燈泡或者給設備充電。除了距離較遠外，磁共振方式還可以同時(shí)對多個(gè)設備進(jìn)行充電，并且對設備的位置并沒(méi)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，磁共振方式可以達到40%～60%，雖然相對較低但進(jìn)入商用化沒(méi)有任何問(wèn)題。

03電磁耦合方式

圖示：電磁耦合方式示意圖

　　如上圖所示電磁耦合方式是指將兩個(gè)平面電極平行排列，利用電場(chǎng)耦合原理來(lái)供電的方式。

　　相對于傳統的電磁感應式，電場(chǎng)耦合方式有三大優(yōu)點(diǎn)：充電時(shí)設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(huì )顯著(zhù)上升，對嵌入也相當有利。首先在位置方面，雖然它的距離無(wú)法像磁共振那樣能達到數米的長(cháng)度，但在水平方向上也同樣自由，用戶(hù)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(chǎng)耦合與電磁感應的對比結果，電極或線(xiàn)圈間的錯位用dz/D(中心點(diǎn)距離/直徑)參數來(lái)表示，當該參數為0時(shí)，表示兩者完全重合，此時(shí)能效處于最高狀態(tài)。當該參數為1時(shí)，表示兩者完全不重合。我們可以看到，此時(shí)電場(chǎng)耦合方式只是降低了20%的能量輸入，設備依然是可以正常充電，而電磁感應式稍有錯誤、能量效率就快速下降，錯位超過(guò)0.5時(shí)就完全無(wú)法正常工作，因此，電磁感應式總是需要非常精確的位置匹配。

　　電場(chǎng)耦合方式的第二個(gè)特點(diǎn)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的形狀。這些特性決定了電場(chǎng)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(zhù)的優(yōu)點(diǎn)。顯而易見(jiàn)，若采用電場(chǎng)耦合技術(shù)，智能手機廠(chǎng)商在設計產(chǎn)品時(shí)就有很寬松的自由度，不會(huì )在充電模塊設計上遭受制肘。

　　第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是電極部分的溫度并不會(huì )上升——困擾無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)技術(shù)的一個(gè)難題就是充電時(shí)溫度較高，會(huì )導致接近電極或線(xiàn)圈的電池組受熱劣化，進(jìn)而影響電池的壽命。電場(chǎng)耦合方式則不存在這種困擾，電極部分的溫度并不會(huì )上升，因此在內部設計方面不必太刻意。電極部分不發(fā)熱主要得益于提高電壓，如在充電時(shí)將電壓提升到1.5kv左右，此時(shí)流過(guò)電極的電流強度只有區區數毫安，電極的發(fā)熱量就可以控制得很理想。不過(guò)美中不足的是，送電模塊和受電模塊的電源電路仍然會(huì )產(chǎn)生一定的熱量，一般會(huì )導致內部溫度提升10～20℃左右，但電路系統可以被配置在較遠的位置上，以避免對內部電池產(chǎn)生影響。

04微波諧振方式

圖示：微波諧振方式示意圖

　　如上圖所示微波諧振方式是指將天線(xiàn)接收到的電波信號轉換成電能的方式。

　　微波諧振方式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(guò)共振電路和整流電路將其還原為設備可用的直流電。這種方式就相當于我們常用的Wi-Fi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，發(fā)收雙方都各自擁有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的天線(xiàn)，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(cháng)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。

　　相較于傳統的電力傳輸，無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)無(wú)需布線(xiàn)和充電端子，具備較高的便捷性。隨著(zhù)電力電子器件、功率變換和控制技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)在轉換率、低輻射等方面逐漸取得突破，目前無(wú)線(xiàn)充電已經(jīng)在電動(dòng)牙刷、電動(dòng)剃須刀、無(wú)繩電話(huà)等部分家電產(chǎn)品中實(shí)現實(shí)用化，現在其應用范圍又擴大到了智能手機領(lǐng)域及電動(dòng)汽車(chē)和列車(chē)領(lǐng)域，未來(lái)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)將不斷擴展到醫療、電力、航空航天、節能環(huán)保等更多領(lǐng)域。

　　總體看來(lái)，我國無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)雖然起步晚于國外，但現階段基本上與國際處于同一發(fā)展水平，即快速成長(cháng)期，已有一批企業(yè)投入技術(shù)研發(fā)并不斷擴大應用領(lǐng)域。

　　一是技術(shù)研發(fā)快速發(fā)展。2011年山東省青島市科技發(fā)展戰略研究所、山東科技大學(xué)、青島科技大學(xué)、海爾集團超前技術(shù)研究中心共同繪制完成了“無(wú)線(xiàn)電力傳輸產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線(xiàn)圖”，從資源基礎、研發(fā)需求、技術(shù)壁壘、行業(yè)需求、產(chǎn)業(yè)目標等方面描繪了無(wú)線(xiàn)電力傳輸產(chǎn)業(yè)發(fā)展的路徑。同時(shí)，一些企業(yè)通過(guò)獨立或是合作研發(fā)，在無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)上取得重要突破并已投入使用，2013年硅展科技公司研發(fā)并擁有自主知識產(chǎn)權的“INPOFI智能無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)”在美國國際消費電子展上獲得零售商熱門(mén)獎，這項技術(shù)具備無(wú)輻射、高電能轉化效率、熱效應微弱等特性，填補了國內在無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)方面的空白；比亞迪取得了應用電磁感應技術(shù)的非接觸感應式充電器專(zhuān)利；中興通訊與東風(fēng)汽車(chē)開(kāi)展合作，并于2014年正式啟動(dòng)我國第一條投入商用的無(wú)線(xiàn)充電公交示范線(xiàn)，其中大功率無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)完全使用我國自主知識產(chǎn)權，率先實(shí)現新能源汽車(chē)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。

　　二是標準起草加快推進(jìn)。中國有著(zhù)全球最大的消費電子市場(chǎng)，但國內尚無(wú)規范的無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)標準，目前國家和企業(yè)層面都在加快推進(jìn)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)標準的制定。從國家層面來(lái)看，2011年，中國通信標準化協(xié)會(huì )啟動(dòng)了有關(guān)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)和標準的研究，其《近場(chǎng)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)研究》已獲報批，已完成《無(wú)線(xiàn)電源設備電磁兼容標準性要求和測量方法》、《短距離及類(lèi)似設備電磁照射符合性要求和評估方法》、《無(wú)線(xiàn)電源設備技術(shù)要求和測試方法第1部分：通用要求》報批稿;2012年，中國國家標準化管理委員會(huì )批準了第一個(gè)無(wú)線(xiàn)充電國家標準計劃——電子信息產(chǎn)品低功率無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)規范；全國信息技術(shù)標準化委員會(huì )也啟動(dòng)相關(guān)工作，由中國電子、桑菲通信、電信研究院、海爾等9家企業(yè)和機構組成標準起草小組，進(jìn)行頻率、協(xié)議方面的研究以及標準草案的起草。從企業(yè)層面來(lái)看，“INPOFI無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟”接納了包括手機、平板電腦、相機等企業(yè)通過(guò)戰略合作協(xié)議方式加入，共享INPOFI智能技術(shù)方案。但硅展科技公司要想在國際上推廣自己的INPOFI智能無(wú)輻射充電技術(shù)標準，勢必受到多方阻擊。因此政府對推動(dòng)自主無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)標準、打破國外技術(shù)壟斷具有至關(guān)重要的作用。

　　三是參與國際競合能力亟待增強。從關(guān)鍵領(lǐng)域看，國外無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)最主要的領(lǐng)域是充配電及電能存儲、磁體材料、電動(dòng)汽車(chē)；國內有將近一半比例集中于充配電及電能存儲，其他領(lǐng)域分散而零碎，特別是電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域較少。從區域發(fā)展來(lái)看，目前中國市場(chǎng)上有25%左右的無(wú)線(xiàn)充電專(zhuān)利來(lái)自于日本、中國臺灣、美國、韓國、德國等地區。此外，廣東、江蘇、北京、浙江、上海、山東等六個(gè)地區無(wú)線(xiàn)充電專(zhuān)利申請數量占據中國本土申請總量的80%左右。從競爭機構看，國內前20強中，有國外企業(yè)9個(gè)、國內企業(yè)5個(gè)(國家電網(wǎng)、海爾、中興通訊、奇瑞汽車(chē)等)、大學(xué)6個(gè)(天津工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)、浙江大學(xué)、重慶大學(xué)、華南理工大學(xué)、清華大學(xué))。相比較而言，國內企業(yè)的實(shí)力較弱。

01主要優(yōu)勢

　　1. 利用無(wú)線(xiàn)磁電感應充電的設備可做到隱形，設備磨損率低，應用范圍廣，公共充電區域面積相對的減小，但減小的占地面積份額不會(huì )太大。

　　2. 技術(shù)含量高，操作方便，可實(shí)施相對來(lái)說(shuō)的遠距離無(wú)線(xiàn)電能的轉換，但大功率無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的傳輸距離只限制在5米以?xún)?，不?huì )太遠。

　　3. 操作方便。

02主要劣勢

　　1. 雖然設備技術(shù)含量高，但設備的經(jīng)濟成本投入較高，維修費用大。

　　2. 因實(shí)現遠距離大功率無(wú)線(xiàn)磁電轉換，所以設備的耗能較高。隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)設備的距離和功率的增大，無(wú)用功的耗損也就會(huì )越大。

　　3. 無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)技術(shù)設備本身實(shí)現的是二次能源轉換，也就是將網(wǎng)電降壓(或直接)變?yōu)橹绷麟姾笤谶M(jìn)行一次較高頻率的開(kāi)關(guān)控制交流變換輸出。由于大功率的交直交電流轉換是進(jìn)行電能的二次性無(wú)線(xiàn)傳輸原因，所以電磁的空間磁損率太大。