許紅霞++付益超

摘 要能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視，節(jié)能環(huán)保是近年來(lái)所倡導(dǎo)的生活方式，無(wú)線充電技術(shù)更符合未來(lái)社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)，并為充電設(shè)備帶來(lái)了一場(chǎng)變革。本文介紹了無(wú)線充電技術(shù)的發(fā)展，原理；重點(diǎn)分析了其應(yīng)用方向。

【關(guān)鍵詞】無(wú)線充電技術(shù) 電磁感應(yīng) 電磁共振技術(shù) 航標(biāo)

1 無(wú)線充電技術(shù)的發(fā)展

推動(dòng)人類文明的進(jìn)步總會(huì)伴隨一些新事物的出現(xiàn)，于是在19世紀(jì)電能誕生了，隨后電能也在人們的生活中發(fā)揮出了越來(lái)越重要的作用。人們也意識(shí)到電能所帶給生活上的改變，很多的地方也需要電能。由于當(dāng)時(shí)的社會(huì)發(fā)展水平并沒(méi)有那么高，很多的有線的配電系統(tǒng)都難以建立起來(lái)。這時(shí)候會(huì)有些人猜想能否可以建立起一種無(wú)線輸電系統(tǒng)，把電能通過(guò)無(wú)線的方式進(jìn)行傳送，這樣就可以有效解決大部門地區(qū)沒(méi)有有線輸電系統(tǒng)的局限。

最初的無(wú)線輸電是指遠(yuǎn)距離大功率的電能傳送，可是研究的方向太超前了最終都以失敗告終。但相關(guān)的基礎(chǔ)理論研究由此開(kāi)展并延續(xù)下來(lái)，其中以尼古拉，特斯拉為代表，在無(wú)線充電這個(gè)領(lǐng)域中做出了杰出的貢獻(xiàn)。到了近代之后，隨著科技的發(fā)展，電子產(chǎn)品的涌現(xiàn)，對(duì)無(wú)線充電的要求越來(lái)越迫切。與無(wú)線輸電不同的是無(wú)線充電都指的是相對(duì)近距離的電能傳輸。

2 無(wú)線充電的原理

談起無(wú)線充電，首先要追溯到19世紀(jì)上半期發(fā)現(xiàn)的一個(gè)物理現(xiàn)象，1820年丹麥物理學(xué)家漢斯·克里斯蒂安·奧斯特發(fā)現(xiàn)通電線圈周圍會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)同時(shí)用沒(méi)有通電帶小燈泡的線圈去靠近該磁場(chǎng)，會(huì)發(fā)現(xiàn)小燈泡居然亮了一下，遺憾的是奧斯特并沒(méi)有深究下去，也許他認(rèn)為這可能是一個(gè)偶然的事情。直到1831年英國(guó)的物理學(xué)家邁克爾，法拉第發(fā)現(xiàn)了這種線圈可以向線圈供電的物理現(xiàn)象，大家稱之為電磁感應(yīng)現(xiàn)象，由此打開(kāi)了無(wú)線充電這一門技術(shù)的大門。無(wú)線充電的方式有四種：電磁感應(yīng)式，電磁共振式，無(wú)線電波式，電場(chǎng)耦合式。電磁感應(yīng)式傳輸功率幾瓦到幾百瓦，傳輸距離幾十厘米；電磁共振式傳輸功率幾千瓦，傳輸距離三到四米；無(wú)線電波式傳輸功率大于100毫瓦，傳輸距離超過(guò)10米，電場(chǎng)耦合式傳輸功率約100毫安，傳輸距離不超過(guò)十米。

目前在實(shí)際生活中應(yīng)用比較廣泛的是利用法拉第電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)式：閉合的通電線圈周圍會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，產(chǎn)生磁場(chǎng)之后會(huì)形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，有了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之后便會(huì)形成電壓。閉合線圈有電壓之后便會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，其原理有點(diǎn)類似于變壓器，在發(fā)送端安裝一個(gè)線圈，接收端也安裝一個(gè)線圈。發(fā)送端線圈一端連著有線電源，負(fù)責(zé)向外部空間發(fā)射電磁信號(hào)，接收端線圈安裝在電子產(chǎn)品上，通過(guò)感應(yīng)發(fā)送端的電磁信號(hào)產(chǎn)生電流給設(shè)備充電。原理如圖1所示。

3 無(wú)線充電的應(yīng)用

無(wú)線充電技術(shù)的確能方便我們的日常生活，關(guān)于無(wú)線充電的應(yīng)用，無(wú)論在智能穿戴、家電、還是智能玩具等領(lǐng)域，無(wú)線充電都有其優(yōu)勢(shì)，如安全、便捷、防水防塵、不用接線等等，可以說(shuō)無(wú)線充電的前景非常廣闊?，F(xiàn)在來(lái)看看無(wú)線充電可以應(yīng)用于我們生活的哪些方面：

3.1 電動(dòng)牙刷

電動(dòng)牙刷是近年出現(xiàn)的新產(chǎn)品，由于使用環(huán)境需要接觸到水，這就為充電安全提高了要求。飛利浦公司處于防水的目的，第一次將無(wú)線充電技術(shù)應(yīng)用于電動(dòng)牙刷。其充電原理是電磁感應(yīng)，充電器內(nèi)部線圈通電后產(chǎn)生磁場(chǎng)，牙刷內(nèi)部接收線圈可以接收到附近充電器內(nèi)部磁場(chǎng)產(chǎn)生的電荷，通過(guò)電荷傳輸完成充電。整個(gè)過(guò)程不需要使用導(dǎo)線，沒(méi)有金屬接頭，對(duì)浴室，盥洗室等潮濕環(huán)境來(lái)說(shuō)時(shí)尚，安全，方便。

3.2 移動(dòng)智能電子設(shè)備

時(shí)下電子產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于我們生活中的方方面面，像手機(jī)，筆記本電腦，IPAD，MP3等等。這些產(chǎn)品在方便我們?nèi)粘Ｉ畹耐瑫r(shí)，也給我們帶來(lái)了很多樂(lè)趣。但是充電是一件麻煩事，需要充電線，不能隨時(shí)隨地充，還存在充電線不公用，充電線容易壞等問(wèn)題。那么無(wú)線充電就顯示出了其優(yōu)勢(shì)，智能手機(jī)制造商也早在2013年就開(kāi)始在其智能手機(jī)中集成無(wú)線充電功能，2015年3月三星熱門手機(jī)GalaxyS6就支持無(wú)線充電功能。盡管目前無(wú)線充電技術(shù)還存在充電效率不高，技術(shù)不成熟等問(wèn)題，但無(wú)線充電技術(shù)代表著未來(lái)的發(fā)展方向，就像前些年的有線電話和時(shí)下的移動(dòng)電話，固定網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線Wi-Fi，從性能上講有線比無(wú)線強(qiáng)大，但是從普及性和實(shí)用性方面看，無(wú)線技術(shù)當(dāng)仁不讓占據(jù)主流地位。相信用不了幾年智能手機(jī)及其他的移動(dòng)電子設(shè)備將普及無(wú)線充電功能。

3.3 電動(dòng)汽車

在全球環(huán)境越來(lái)越惡化的今天，節(jié)能環(huán)保也是大家茶余飯后的談資，現(xiàn)在汽車也越來(lái)越注重環(huán)保。電動(dòng)車逐漸走近了人們的視野，大家也在慢慢地改變自己的觀念，電動(dòng)車也越來(lái)越受到更多人的青睞。

目前電動(dòng)汽車的充電方式有接觸式和非接觸式兩種。接觸式充電效率高但存在電壓高，電流大，使用過(guò)程接觸點(diǎn)磨損，且不能在雨水環(huán)境充電等問(wèn)題。而利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行非接觸充電就很好的避免了這些問(wèn)題。電動(dòng)車充電器與電源不需要電氣連接，可用于各種環(huán)境且操作安全。隨著科技的發(fā)展，相關(guān)配套設(shè)備的健全，用于泊車、公交站臺(tái)、行車等各種場(chǎng)景的無(wú)線充電時(shí)代很快就來(lái)臨了。

3.4 航標(biāo)

無(wú)線充電技術(shù)對(duì)人的健康有沒(méi)有影響，一直沒(méi)有定論，基于這種情況，有些廠商就把目標(biāo)投向無(wú)人的場(chǎng)所如有泥沙的野外，內(nèi)部有氣壓的產(chǎn)品，水面水下作業(yè)需防水密封設(shè)備等。航標(biāo)就是一個(gè)很好的使用場(chǎng)所。無(wú)論是發(fā)光航標(biāo)（燈塔，燈樁，燈船），音響航標(biāo)還是無(wú)線電航標(biāo)都可以使用無(wú)線充電技術(shù)。將相關(guān)航標(biāo)充電設(shè)備設(shè)計(jì)成全密封式的，不僅防水防腐蝕，而且便于維護(hù)。

4 小結(jié)

綜上來(lái)看，無(wú)線充電系統(tǒng)具有安全，便捷，防水防腐蝕，自動(dòng)化程度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，潛藏巨大商機(jī)，已引起國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，很快這種技術(shù)就能走出實(shí)驗(yàn)室研究，應(yīng)用到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1]陳新，張桂香.電池感應(yīng)無(wú)線充電的聯(lián)合仿真研究[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2014，4（28）434-440.

[2]曾繁屏.淺談無(wú)線充電技術(shù)及其航標(biāo)應(yīng)用的展望[C].中國(guó)航海學(xué)會(huì)航標(biāo)專業(yè)委員會(huì)沿海航標(biāo)學(xué)組、無(wú)線電導(dǎo)航學(xué)組、內(nèi)河航標(biāo)學(xué)組年會(huì)暨學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集，福州，2009：221-224.

[3]廖承林，李均鋒，馬中原.無(wú)線電能傳輸技術(shù)在電動(dòng)汽車無(wú)線充電中的應(yīng)用[J].物理前沿，2015，27（02）：51-53.

作者簡(jiǎn)介

許紅霞（1987-），女，河南省周口市人。碩士學(xué)位?，F(xiàn)為廣東科技學(xué)院機(jī)電工程系助教。主要研究方向?yàn)榇髮W(xué)物理實(shí)驗(yàn)和燃料電池。

作者單位

廣東科技學(xué)院 廣東省東莞市 523083