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直流無(wú)刷電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī)信息智能網(wǎng)

國(guó)際消費(fèi)電子展談到的無(wú)線充電技術(shù)有哪些優(yōu)勢(shì)？
2022-06-20

全球規(guī)模最大的消費(fèi)科技產(chǎn)品交易會(huì)之一的國(guó)際消費(fèi)電子展（CES）大幕在美國(guó)拉斯維加斯拉開(kāi)，在智能手機(jī)耗電多、電池續(xù)航能力差、充電頻繁的應(yīng)用背景下，使用平板電腦給手機(jī)進(jìn)行無(wú)線充電的產(chǎn)品再次成為展會(huì)上的一個(gè)亮點(diǎn)?；诙喾剿鸭降馁Y料，本文從不同角度了解無(wú)線充電技術(shù)的實(shí)質(zhì)、發(fā)展歷程、標(biāo)準(zhǔn)化等方面的情況。 問(wèn)題1：什么是無(wú)線充電技術(shù)？ 答：一般認(rèn)為，無(wú)線充電技術(shù)是完全不借助電線，使電能通過(guò)無(wú)線方式傳輸，從而為設(shè)備充電的一種技術(shù)。 問(wèn)題2：無(wú)線充電技術(shù)有哪些優(yōu)勢(shì)？ 答：無(wú)線充電技術(shù)一旦普及，將使電子產(chǎn)品擺脫插座和線纜的束縛，有助于解決電氣接口不同或充電器不兼容的問(wèn)題，從而增強(qiáng)便攜性、美觀性以及使用的安全性。例如2012年9月，諾基亞發(fā)布的Lumia 920手機(jī)就首次引入了內(nèi)置無(wú)線充電功能，受到了眾多用戶的喜愛(ài)。另外，無(wú)線充電技術(shù)還有可能成為應(yīng)急供電的一項(xiàng)解決方案。如果未來(lái)空間太陽(yáng)能發(fā)電能夠商業(yè)化運(yùn)行，那將有可能實(shí)現(xiàn)能源的綠色性，解決地球資源的日益枯竭問(wèn)題。 問(wèn)題3：使用無(wú)線的形式為設(shè)備進(jìn)行充電的技術(shù)的發(fā)展歷史是怎樣的？ 答：早在1890年，現(xiàn)代交流電系統(tǒng)的奠基者尼古拉?特斯拉就曾提出無(wú)線供電的設(shè)想。20世紀(jì)20年代中期，日本人H.Yagi論述了不利用導(dǎo)線去點(diǎn)亮電燈的輸電方案。20世紀(jì)60-70年代之間，美國(guó)雷神公司（Raytheon，美國(guó)的大型國(guó)防合約商）將這一理念變成現(xiàn)實(shí)，將頻率為2.45GHz的微波能量轉(zhuǎn)換為直流電，并通過(guò)不斷改進(jìn)，使得轉(zhuǎn)換效率提高到50%以上。2000年以后，國(guó)際上逐漸掀起了對(duì)無(wú)線能量傳輸技術(shù)的研究高潮。在2009年、2010年的CES上，至少有三家廠商對(duì)外展示了無(wú)線充電底座，例如Plam Pre公司的無(wú)線充電器、Fulton公司的iPhone充電器以及PowerMat公司的首發(fā)充電模塊。2013年的CES上，F(xiàn)ulton公司再次演示了使用平板電腦背部為手機(jī)充電的新一代產(chǎn)品。 問(wèn)題4：無(wú)線充電技術(shù)的原理有哪些？各有什么特點(diǎn)？ 答：無(wú)線供電（充電）技術(shù)主要有三種實(shí)現(xiàn)形式，因此原理也不盡相同，這里分別簡(jiǎn)要介紹。 形式一：近場(chǎng)耦合式。這一形式通過(guò)近場(chǎng)電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能傳輸，是當(dāng)前工程領(lǐng)域中最為可行的電能傳輸方式，其通過(guò)將交變電流在原線圈產(chǎn)生的電磁場(chǎng)耦合到副線圈上，實(shí)現(xiàn)無(wú)線供電。這種形式傳輸距離非常近（一般小于5mm），主要應(yīng)用于便攜式消費(fèi)電子產(chǎn)品、醫(yī)療非接觸式產(chǎn)品、無(wú)線充電等。 形式二：磁場(chǎng)共振式。這一形式通過(guò)非輻射磁場(chǎng)內(nèi)兩線圈的共振效應(yīng)實(shí)現(xiàn)中距離的無(wú)線供電（供電距離一般不超過(guò)1m）。2007年美國(guó)麻省理工大學(xué)的Marin Solijacic研究小組應(yīng)用廣為人知的電磁場(chǎng)近場(chǎng)理論，實(shí)現(xiàn)了幾倍于振蕩器尺寸的傳輸距離的、較高效率的電能傳播，并將其命名為“Witricity”技術(shù)。試驗(yàn)中，該小組使用直徑60cm的銅線圈，通過(guò)調(diào)整發(fā)射頻率使其在10MHz左右發(fā)生共振，從而點(diǎn)亮了2米外的一盞60W的燈泡。 形式三：微波輻射式。這一方式通過(guò)電波的形式在遠(yuǎn)場(chǎng)范圍內(nèi)采用定向天線或高質(zhì)量的平行激光束實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離供電（一般認(rèn)為最遠(yuǎn)可實(shí)現(xiàn)3.6萬(wàn)km），在發(fā)射端將電能轉(zhuǎn)化為射頻功率并以可控、低損的方式將其以微波形式輻射出去，在接收端則利用整流天線等裝置將微波能量轉(zhuǎn)換為直流或交流電能。這一形式主要用于衛(wèi)星、太陽(yáng)能發(fā)電的傳輸系統(tǒng)等。例如2003年歐盟在非洲的留尼旺島建造了一座10kW的實(shí)驗(yàn)型微波輸電站。 問(wèn)題5：我國(guó)在無(wú)線充電技術(shù)方面的研究及規(guī)定等方面的情況是怎樣的？ 答：我國(guó)對(duì)感應(yīng)式電能傳輸?shù)难芯科鸩捷^晚。有研究稱，西安石油學(xué)院的李宏教授發(fā)表一篇關(guān)于感應(yīng)電能傳輸?shù)木C述性文章拉開(kāi)國(guó)內(nèi)無(wú)線電能傳輸研究的序幕。此后，國(guó)內(nèi)各大電子電力研究機(jī)構(gòu)的研究工作深入開(kāi)展、進(jìn)步較快。例如：中科院電工所的嚴(yán)陸光院士的課題組進(jìn)行了深入的理論研究，重慶大學(xué)2007年研制了可實(shí)現(xiàn)0.6-1.0kW的電能輸出的感應(yīng)電能傳輸裝置等等。另有眾多研究提出將感應(yīng)能量傳輸技術(shù)應(yīng)用于同步電機(jī)、生物醫(yī)學(xué)、礦井安全等方面。 我國(guó)關(guān)于磁場(chǎng)共振式、微波輻射式能量傳輸技術(shù)的公開(kāi)研究資料很少，具體情況有待進(jìn)一步了解。 另外，我國(guó)無(wú)線電管理部門(mén)尚未批準(zhǔn)無(wú)線充電技術(shù)的頻率應(yīng)用。 問(wèn)題6：無(wú)線充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化方面的情況是怎樣的？ 答：有研究稱，預(yù)計(jì)2015年將有超過(guò)1億的設(shè)備支持這一技術(shù)，包括谷歌、三星和LG這些科技大佬都在大力推動(dòng)自家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)線充電技術(shù)的產(chǎn)品化進(jìn)程緩慢。 據(jù)了解，無(wú)線充電技術(shù)目前共有3大陣營(yíng)。 ——電能聯(lián)盟（Power Matters Alliance，http://www.powermatters.org/）標(biāo)準(zhǔn)是由Duracell Powermat公司發(fā)起的（該公司是由寶潔與無(wú)線充電技術(shù)公司Powermat合資經(jīng)營(yíng)），該標(biāo)準(zhǔn)得到了谷歌、AT&T和星巴克支持。 ——諾基亞、LG電子等公司采用Qi（寓意是亞洲地區(qū)人民較為篤信的“氣”的傳統(tǒng)觀念）標(biāo)準(zhǔn)。Qi是全球首個(gè)推動(dòng)無(wú)線充電技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化組織——無(wú)線充電聯(lián)盟（Wireless Power Consortium，WPC，www.wirelesspowerconsortium.com）推出的“無(wú)線充電”標(biāo)準(zhǔn)，具備便捷性和通用性兩大特征。首先，不同品牌的產(chǎn)品，只要有一個(gè)Qi的標(biāo)識(shí)，都可以用Qi無(wú)線充電器充電。其次，它攻克了無(wú)線充電“通用性”的技術(shù)瓶頸，在不久的將來(lái)，手機(jī)、相機(jī)、電腦等產(chǎn)品都可以用Qi無(wú)線充電器充電，為無(wú)線充電的大規(guī)模應(yīng)用提供可能。2010年9月，無(wú)線充電聯(lián)盟在北京宣布將Qi無(wú)線充電國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)率先引入中國(guó)，原信息產(chǎn)業(yè)部通信電磁兼容質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心也加入該組織。 ——三星與其他19家公司則支持 “A4WP”標(biāo)準(zhǔn)。A4WP是無(wú)線電能聯(lián)盟（Alliance for Wireless Power，www.a4wp.org）推出的標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)稱，由美國(guó)高通公司、韓國(guó)三星公司以及前面提到的Powermat公司共同創(chuàng)建的無(wú)線充電聯(lián)盟創(chuàng)建。目標(biāo)是為包括便攜式電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車等在內(nèi)的電子產(chǎn)品無(wú)線充電設(shè)備設(shè)立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)對(duì)話機(jī)制。需要指出，A4WP標(biāo)準(zhǔn)“主攻”磁場(chǎng)共振式無(wú)線充電技術(shù)。 問(wèn)題7：ITU-R關(guān)于無(wú)線充電技術(shù)研究方面的情況是怎樣的？ 答：ITU-R WP1A工作組已經(jīng)確立了第ITU-R 210-2/1號(hào)課題——《無(wú)線功率傳輸》，中國(guó)將積極參與這項(xiàng)課題的研究，并預(yù)計(jì)在2013年6月召開(kāi)的會(huì)議上開(kāi)展相關(guān)頻譜工程方面的討論。 結(jié)語(yǔ)：本文力求用最簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言向讀者介紹無(wú)線充電技術(shù)的有關(guān)情況，相關(guān)內(nèi)容謹(jǐn)供參考。鑒于國(guó)際上正在對(duì)無(wú)線充電技術(shù)的有關(guān)無(wú)線電管理方面的問(wèn)題進(jìn)行研究，因此也希望本文對(duì)相關(guān)國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)有所裨益，并積極參加到ITU-R SG1國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究中去。（本文作者系國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心無(wú)線電管理政策研究室副主任） 作者：劉斌 參考文獻(xiàn)： [1] 《無(wú)線充電技術(shù)的三大標(biāo)準(zhǔn)：PLA、Qi和A4WP》，iPhone中文網(wǎng)，2012年11月15日。 [2] 《近場(chǎng)無(wú)線供電技術(shù)研究》，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)課題報(bào)告，2011年11月。 [3] 國(guó)際電信聯(lián)盟第一研究組WP1A工作組課題計(jì)劃書(shū)。

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