王梓潼

（安陽市第一中學(xué)，安陽 455000）

無線充電技術(shù)是當(dāng)前人們所研究的重要技術(shù)，這是充電技術(shù)的重要飛躍，對(duì)于我們生活質(zhì)量也產(chǎn)生巨大變化。通過無線充電技術(shù)的應(yīng)用和探索，我們能夠窺探到重要的物理知識(shí)，也更加能夠從根本上解決人們生活中的難題。通過無線充電裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)探索，能夠讓我們的知識(shí)學(xué)習(xí)更為夯實(shí)，也能夠?yàn)闊o線充電技術(shù)提供支撐和助力。

1 無線充電原理

目前，無線充電的方式主要包括電子感應(yīng)式、磁共振式、電波接收式等。根據(jù)所學(xué)知識(shí)，電磁感應(yīng)式便于理解和應(yīng)用。電磁感應(yīng)式是較為常見的一種發(fā)電原理。其發(fā)電原理依據(jù)的是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。從物理學(xué)的知識(shí)來講，當(dāng)電流通過線圈之后，發(fā)射線圈和接收線圈構(gòu)成一個(gè)電磁耦合感應(yīng)器，發(fā)射線圈由于交流電的不斷震蕩產(chǎn)生磁場(chǎng)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)又會(huì)形成電壓，有了電壓之后便會(huì)產(chǎn)生電流，從而可以充電。這就是法拉第電磁感應(yīng)。初級(jí)線圈的一定頻率的交流電，以電磁感應(yīng)的方式在次級(jí)線圈中產(chǎn)生一定的電流，這樣能量就由傳輸端傳送到了客戶端，就可以使用無線充電。

對(duì)細(xì)圓環(huán)的電流進(jìn)行假設(shè)，其電流源為ldl，那么其則會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，假設(shè)其在任意一點(diǎn)A（x，y，z）產(chǎn)生的磁場(chǎng)為

那么線圈和接收線圈之間則會(huì)產(chǎn)生耦合系數(shù)和線圈品質(zhì)數(shù)，我們用k來表示這個(gè)耦合系數(shù)，用q來表示品質(zhì)因數(shù)，那么這兩個(gè)因素則會(huì)對(duì)充電效率造成影響。在最理想情況下，發(fā)送和接收端則都能夠通過串聯(lián)電容達(dá)到理想狀態(tài)，這時(shí)候最高傳輸效率則能夠在發(fā)送端和接收端得以實(shí)現(xiàn)：

由此我們可以得知，線圈耦合和感應(yīng)線圈之間的距離和它的直徑的比值有關(guān)，也與線圈的形狀和線圈之間的角度有關(guān)。

2 無線充電裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 無線充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

整體無線充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括四部分，第一部分是交直流轉(zhuǎn)換，第二部分是發(fā)射電路，第三部分是耦合線圈，第四部分是接收電路。無線充電器的系統(tǒng)的模塊主要分為直流電源模塊，正交震蕩模塊，功率放大模塊，耦合線圈能量傳遞模塊以及能量轉(zhuǎn)換模塊。第一部分包括前兩個(gè)模塊。在無線發(fā)射端內(nèi)接入5V的直流電流，通過震蕩產(chǎn)生信號(hào)電流。第二部分包括功率放大模塊。此時(shí)，將形成的震蕩電路的信號(hào)加到大功率放電路上進(jìn)行信號(hào)放大，發(fā)射電路。第三部分是耦合線圈，包括能量傳遞模塊。將放大后的信號(hào)，加到電線圈上，線圈將能量從初級(jí)耦合到次級(jí)，從而產(chǎn)生功率強(qiáng)大的磁場(chǎng)。第三部分是能量轉(zhuǎn)換模塊。次級(jí)線圈耦合的能量經(jīng)過接收，功率變大，轉(zhuǎn)換為可以給電池充電的電壓和電流，經(jīng)過整流濾波處理以后，提供電能。

2.2 無線充電在電子設(shè)備上的應(yīng)用

我們所應(yīng)用的手機(jī)、電腦、平板電腦等等電子設(shè)備，都對(duì)無線充電技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用。

圖1

如圖1所示，左端為無線充電技術(shù)的準(zhǔn)備階段。首先，輸入由變壓器變壓后的5V交流電，然后采用振蕩器提高交流電變化的頻率，運(yùn)用功率放大器放大功率，從而導(dǎo)入初級(jí)線圈，在初級(jí)線圈內(nèi)部可以產(chǎn)生磁場(chǎng)。右端為無線充電技術(shù)的發(fā)揮作用階段。次級(jí)線圈經(jīng)過耦合變化，磁場(chǎng)加大，磁能量發(fā)生改變，磁場(chǎng)的方向發(fā)生變化，因此磁通量方向也發(fā)生改變，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正負(fù)極不斷的交替，因此次級(jí)線圈中也可以產(chǎn)生與初級(jí)線圈中，交變電流相同的交流電。由此通過磁場(chǎng)的耦合，交變電壓的產(chǎn)生，整流濾波之后又輸出為直流電壓，可以給手機(jī)，平板電腦和筆記本電腦等電子設(shè)備進(jìn)行充電。

無線充電技術(shù)應(yīng)用于電子設(shè)備可以豐富人的生活，給人類的日常生活學(xué)習(xí)提供便利。讓學(xué)生更好的使用筆記本和平板電腦學(xué)習(xí)，而在所有人的日常生活中可以使用無線充電技術(shù)給手機(jī)充電，擺脫有線帶來的問題和困擾。

2.3 無線充電的未來發(fā)展

無線充電技術(shù)應(yīng)用范圍必將變廣。目前的交變電流電產(chǎn)生的電壓還較小，因此僅僅可以應(yīng)用為手機(jī)，筆記本等較小的物體，但經(jīng)過科學(xué)家的反復(fù)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)日后研發(fā)出可以產(chǎn)生更高的電流電壓的，系統(tǒng)和電路設(shè)計(jì)后，就可能給電動(dòng)車，汽車等更為龐大的物體充電，無線電技術(shù)將廣泛的應(yīng)用于生活的各個(gè)方面，所有使用有線充電的器具都將可采用無線充電。

當(dāng)然，除了應(yīng)用范圍更廣之外，成本使用材料和設(shè)計(jì)的使用方式可能更加便捷。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，不僅線圈磁場(chǎng)可以進(jìn)行發(fā)電，自然界的其他自然能量也可以進(jìn)行發(fā)電，而且發(fā)電量不亞于物理發(fā)電，比如常見的太陽能發(fā)電、風(fēng)能、水能發(fā)電，都應(yīng)用于生產(chǎn)生活中的各個(gè)方面，因此，無線充電技術(shù)也將會(huì)與這些技術(shù)結(jié)合起來，為人類謀福造利。

另外，隨著高新技術(shù)以及AI技術(shù)的發(fā)展，采用傳統(tǒng)的線圈電磁感應(yīng)式進(jìn)行無線電路設(shè)計(jì)顯然無法滿足人們的需求，因此無線電技術(shù)通過機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)也未嘗不可，人工智能的應(yīng)用范圍廣且質(zhì)量較高，很多方面甚至超過人類，因此無線發(fā)電技術(shù)機(jī)器化，智能化也必將是時(shí)代發(fā)展的潮流及方向。

3 結(jié)束語

本次的設(shè)計(jì)裝置主要包括線圈，以及可以安裝到手機(jī)的接收器，發(fā)射端的線圈讓直流電壓源可以轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姰a(chǎn)生磁場(chǎng)，而接收器的線圈靠近磁場(chǎng)以后因?yàn)榉ɡ诘碾姶鸥袘?yīng)現(xiàn)象得到了交流電壓，從而又會(huì)產(chǎn)生直流電壓源，可以進(jìn)行無線充電，便利了充電的步驟。無線充電技術(shù)的未來應(yīng)用具有無限前景，很多人對(duì)其寄予希望，相信無線充電技術(shù)可以為人類的生活提供更加有效的服務(wù)。