許紅霞++付益超

摘 要能源危機和環(huán)境問題越來越受到人們的重視，節(jié)能環(huán)保是近年來所倡導(dǎo)的生活方式，無線充電技術(shù)更符合未來社會的發(fā)展趨勢，并為充電設(shè)備帶來了一場變革。本文介紹了無線充電技術(shù)的發(fā)展，原理；重點分析了其應(yīng)用方向。

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

1 無線充電技術(shù)的發(fā)展

推動人類文明的進(jìn)步總會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)揮出了越來越重要的作用。人們也意識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)時的社會發(fā)展水平并沒有那么高，很多的有線的配電系統(tǒng)都難以建立起來。這時候會有些人猜想能否可以建立起一種無線輸電系統(tǒng)，把電能通過無線的方式進(jìn)行傳送，這樣就可以有效解決大部門地區(qū)沒有有線輸電系統(tǒng)的局限。

最初的無線輸電是指遠(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)理論研究由此開展并延續(xù)下來，其中以尼古拉，特斯拉為代表，在無線充電這個領(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)，對無線充電的要求越來越迫切。與無線輸電不同的是無線充電都指的是相對近距離的電能傳輸。

2 無線充電的原理

談起無線充電，首先要追溯到19世紀(jì)上半期發(fā)現(xiàn)的一個物理現(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)通電線圈周圍會產(chǎn)生磁場同時用沒有通電帶小燈泡的線圈去靠近該磁場，會發(fā)現(xiàn)小燈泡居然亮了一下，遺憾的是奧斯特并沒有深究下去，也許他認(rèn)為這可能是一個偶然的事情。直到1831年英國的物理學(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，由此打開了無線充電這一門技術(shù)的大門。無線充電的方式有四種：電磁感應(yīng)式，電磁共振式，無線電波式，電場耦合式。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；無線電波式傳輸功率大于100毫瓦，傳輸距離超過10米，電場耦合式傳輸功率約100毫安，傳輸距離不超過十米。

目前在實際生活中應(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產(chǎn)生磁場，產(chǎn)生磁場之后會形成感應(yīng)電動勢，有了感應(yīng)電動勢之后便會形成電壓。閉合線圈有電壓之后便會產(chǎn)生感應(yīng)電流，其原理有點類似于變壓器，在發(fā)送端安裝一個線圈，接收端也安裝一個線圈。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，接收端線圈安裝在電子產(chǎn)品上，通過感應(yīng)發(fā)送端的電磁信號產(chǎn)生電流給設(shè)備充電。原理如圖1所示。

3 無線充電的應(yīng)用

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

3.1 電動牙刷

電動牙刷是近年出現(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，第一次將無線充電技術(shù)應(yīng)用于電動牙刷。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，牙刷內(nèi)部接收線圈可以接收到附近充電器內(nèi)部磁場產(chǎn)生的電荷，通過電荷傳輸完成充電。整個過程不需要使用導(dǎo)線，沒有金屬接頭，對浴室，盥洗室等潮濕環(huán)境來說時尚，安全，方便。

3.2 移動智能電子設(shè)備

時下電子產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于我們生活中的方方面面，像手機，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，也給我們帶來了很多樂趣。但是充電是一件麻煩事，需要充電線，不能隨時隨地充，還存在充電線不公用，充電線容易壞等問題。那么無線充電就顯示出了其優(yōu)勢，智能手機制造商也早在2013年就開始在其智能手機中集成無線充電功能，2015年3月三星熱門手機GalaxyS6就支持無線充電功能。盡管目前無線充電技術(shù)還存在充電效率不高，技術(shù)不成熟等問題，但無線充電技術(shù)代表著未來的發(fā)展方向，就像前些年的有線電話和時下的移動電話，固定網(wǎng)絡(luò)和無線Wi-Fi，從性能上講有線比無線強大，但是從普及性和實用性方面看，無線技術(shù)當(dāng)仁不讓占據(jù)主流地位。相信用不了幾年智能手機及其他的移動電子設(shè)備將普及無線充電功能。

3.3 電動汽車

在全球環(huán)境越來越惡化的今天，節(jié)能環(huán)保也是大家茶余飯后的談資，現(xiàn)在汽車也越來越注重環(huán)保。電動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，電動車也越來越受到更多人的青睞。

目前電動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，使用過程接觸點磨損，且不能在雨水環(huán)境充電等問題。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題。電動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、行車等各種場景的無線充電時代很快就來臨了。

3.4 航標(biāo)

無線充電技術(shù)對人的健康有沒有影響，一直沒有定論，基于這種情況，有些廠商就把目標(biāo)投向無人的場所如有泥沙的野外，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)就是一個很好的使用場所。無論是發(fā)光航標(biāo)（燈塔，燈樁，燈船），音響航標(biāo)還是無線電航標(biāo)都可以使用無線充電技術(shù)。將相關(guān)航標(biāo)充電設(shè)備設(shè)計成全密封式的，不僅防水防腐蝕，而且便于維護(hù)。

4 小結(jié)

綜上來看，無線充電系統(tǒng)具有安全，便捷，防水防腐蝕，自動化程度高等諸多優(yōu)點，潛藏巨大商機，已引起國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，很快這種技術(shù)就能走出實驗室研究，應(yīng)用到我們生活的各個領(lǐng)域。

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作者簡介

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)院機電工程系助教。主要研究方向為大學(xué)物理實驗和燃料電池。

作者單位

廣東科技學(xué)院 廣東省東莞市 523083