无线充电的原理 无线充电是什么原理

      无线充电是一种利用近场感应或感应耦合原理，将供电设备的能量传输到接收设备的技术。充电过程中不需导线连接，故称“无线”。

无线充电技术可以分为四种类型第一类是通过电磁感应进行短程传输，它的特点是传输距离短、使用位置相对固定，能量效率较高、技术简单，很适合作为无线充电技术使用。

第二类是将电能以电磁波“射频”或非辐射性谐振“磁共振”等形式传输，它具有较高的效率和非常好的灵活性，是目前业内的开发重点。

第三类是“电场耦合”方式，它具有体积小、发热低和高效率的优势，缺点在于开发和支持者较少，不利于普及。

第四类则是将电能以微波的形式无线传送——发射到远端的接收天线，然后通过整流、调制等处理后使用，虽然这种方式能效很低，但使用最为方便，英特尔是这项方案的支持者。

电磁感应方式目前见到的无线充电技术，大多采用电磁感应技术。原理类似于分离式变压器，将发射端的线圈和接收端的线圈放在两个分离的设备中，当电能输入到发射端线圈时，就会产生一个磁场，磁场感应到接收端的线圈、就产生了电流，即实现无线电能传输。

该技术目前较为成熟，手机、牙刷、耳机等无线充电设备多采用该技术，但传输距离有限，只能在数毫米至10厘米的范围内工作，对设备的摆放有一定的要求，加上能量呈发散式，能源效率不高。

磁共振方式与电磁感应方式相比，磁共振技术在距离上有一定的宽容度，可以支持数厘米至数米的无线充电，使用上更加灵活。磁共振使用两个规格完全匹配的线圈，一个线圈通电后产生磁场，另一个线圈共振、产生的电流就可以给设备充电。

除了距离较远外，磁共振方式还可以对多个设备进行充电，并且对设备的位置并没有严格的限制，使用灵活度在各项技术中居于榜首。在传输效率方面，磁共振方式可以达到40%～60%，仅次于电场耦合方式。

电场耦合方式通过沿垂直方向耦合的两组非对称偶极子而产生的感应电场来传输电力，其基本原理是通过电场将电能从发送端转移到接收端。

相对比传统的电磁感应方式，电场耦合具有充电时设备位置水平自由度较高、电极可以实现轻薄化、传输过程中发热较低、电力利用效率较高的优点。

电波接收方式类似于常用的WiFi无线网络，该方式采用电波作为能量的传递信号，接收方收到能量波后，再通过共振电路和整流电路将其还原为设备可用的直流电。

电波接收方式的缺点在于能量利用效率非常低，传输功率极小，如果用于手机充电耗时将非常长；但其优点在于可实现远距离传输电能，做到随时随地充电。

无线充电场景涉及电生磁与磁生电的过程，磁场的改变会在金属中形成感应电流（涡流效应），从而弱化磁场强度并产生热量。而隔磁材料的加入可以使得大部分磁力线聚集并通过磁性材料而非通过金属层，从而提高磁场强度，并降低热量。

目前较为常见的隔磁材料包括铁氧体、铁基非晶及铁基纳米晶材料等。

软磁铁氧体生产成本低，磁导率虽然较低，但在不同频率下磁导率相对稳定。缺点在于加工成薄片容易断裂破碎，成品率低。其饱和磁感应强度不高，需要更大的厚度，防止大电流充电时磁片饱和导致的失效及发热，难以满足手机等电子设备小型化对材料超轻超薄的需求，通常用作发射端或大功率设备的接收端。

非晶合金很高的磁导率、低的矫顽力和磁损耗以及高的饱和磁感强度；强度高、耐磨损。缺点在于热处理后材料韧性下降，后续加工难度较大，生产效率难以保证。

纳米晶兼备了铁基非晶合金的高饱和磁感应强度Bs 和钴基非晶合金的高磁导率特性。虽然纳米晶合金的Bs 值低于铁基非晶和硅钢，但其在高磁感下的高频损耗远低于后者，并具有更好的耐蚀性和磁稳定性。

纳米非晶材料的磁导率、充电效率要高于铁氧体，而且可以做到柔软超薄，是目前小型无线充电设备的主流材料。缺点在于磁导率随频率上升降低的较快、材料容易破碎后续加工难度大、价格相对铁氧体更高。

近年来，随着无线充电技术逐渐发展，无线充电在手机已经有普及的趋势，在穿戴领域也有很多产品融入日产生活，未来在家居、办公室、公共场所、出行工具、交通等多种场合都有望迎来无线充电产品的普及。

根据智研咨询数据，2019年无线充电市场规模已达到86亿美元，2024年市场规模有望达到150亿美元，复合增长率达12%。从市场拆分角度看，消费电子及汽车占比较高，分别达到36%、29%，工业、航空军工（如无人机无线充电）、医疗（植入式医疗器械）分别占17%、10%、8%。

      2019年无线充电手机销售量接近4亿台，到2024年有望超过12亿台。随着无线充电市场规模不断增长，纳米晶材料有望迎来需求爆发，相关生产企业如宜安科技、安泰科技等企业有望从中显著受益。