文档介绍：无线充电技术
Wireless charging technology
2016/9/20
葉焱強
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◆引言
◆无线充电技术
◆技术方案
◆技术标准(Qi)
◆技术猜想
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电磁理论基础
法拉第电磁感应定律:闭合电路的一部分导体在磁场里
做切割磁感线的运动时,导体中就会产生电流。
法拉第电磁感应定律是磁产生电的最基本理论:闭合的回路,当穿过它的磁通量发生变化时,会在此回路中产生电流。
由此奠定了变化的磁场能感应出电场的理论基础。
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无线充电:将电能以无线的方式传输。
无线传输可以传输哪些东西:
◆电信号(信息)
◆热能
◆电能
◆…
无线传输即电磁转换辐射的过程。无线传输电信号是我们见过最多的形式。除了电信号,我们生活中由将电磁辐射能量
直接转换成热能的最典型例子:电磁炉。实际上,不管是电磁能转换成热能还是其他能量,其本质都是电与磁相互转换
的过程。
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电磁能到热能交换的设备
电磁炉
电磁炉通过其线圈中的交变电流产生辐射的磁场。这个磁场为什么能加热金属锅底,其本质还是磁场辐射到金属锅底产生电流的结果。这个电流就是涡流效应。
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涡流
将感应电流完全用于发热
我们把金属锅底看成无数圈
线圈组成的线圈结构,这个时候理解电磁炉加热的原理就简单了:电磁炉产生的磁场耦合到金属锅底这些线圈上,在线圈中产生电流。线圈是短路的结构,因此短路电流全部转化成热能,从而加热锅底。
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无线充电:将电能以无线的方式传输。
无线传输可以传输哪些东西:
◆电信号(信息)
◆热能
◆电能
◆…
接下来看看通过电磁辐射传输电能的例子。
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隔离变压器
无线输电的有芯模型
最典型的也是最常见的例子:变压器。变压器实际上就是无线传输电能的模型。初级和次级线圈没有直接的物理连接,它们通过线圈直接的磁场耦合将电能从初级传输到次级。变压器的铁芯作用是为磁场提供一个有效的回路,从而使初级线圈产生的磁场能更好的耦合到次级线圈。
变压器的铁芯产生的涡流效应会带来大量热,效率降低。因此变压器的铁芯通常采用由很薄的硅钢片迭压而成,这样相当于切断涡流需要的回路。
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将变压器的初级和次级分别放入发射和接收装置
构成无线充电的理论模型
想象一下,将变压器的初级和次级分别放入发射装置和接收装置,这就构成了我们今天无线充电的理论模型。
当然,我们接下来要做的就是去掉变压器中的铁芯。
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缺乏有效的磁通回路带来了效率的急剧下降
是无线供电技术发展的最大阻碍
去掉铁芯的过程很容易,但实际上会带来很多问题。这些问题就是阻碍无线充电技术普及的最大障碍。
由于没有类似铁芯方式提供有效的磁通回路,因此初级线圈的磁场在空间上是发散的,这样如果需要将初级线圈的磁场耦合到次级就需要拉近它们的距离,同时要保持线圈对齐,这样才能获得最大的磁场耦合,才能获得最大的传输效率。
无线充电在早期因为效率太低,所以一直未得到普及性发展。
今天,得益于材料和技术标准的逐步成熟,无线充电可以达到70%以上的效率,这才使得在手机端的应用成为可能。
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