無線充電的重要專利研究

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1 引言

無線充電又稱作感應充電、非接觸式感應充電，顧名思義就是一種不依賴電線，也不需任何其他物理上的鏈接直接對電子設備供電，而是利用近場感應，也就是電感耦合，由供電設備將能量傳送至用電的裝置，該裝置使用接收到的能量對電池充電，并同時供其本身運作之用。實際無線充電的設想早在十九世紀末就已出現，美國物理學家兼電氣工程師Nikola Tesla于1890年就開始構想無線供電方法，他構想的無線輸電方法是把地球作為內導體，在地球與電離層之間建立起大約8Hz的低頻共振，再利用環繞地球表面電磁波來遠距離傳輸電力。在當時，特斯拉也利用線圈進行了一系列的實驗，盡管由于財力等方面的原因導致特斯拉的研究最終沒有結果，但是他當初的無線供電技術構想開創了無線電力傳輸的先河。直到2007年美國麻省理工學院無線傳能實驗中發現，發射諧振器和接收諧振器在距離2m傳輸時傳輸效率約為40%，距離1m時傳輸效率可達90%，用兩米外的一個電源跟空點亮了一盞燈泡，真正的實現了無線電能傳輸。2008年12月17日成立無線充電聯盟(Wireless Power Consortium)，2010年8月31日無線充電聯盟在北京正式將Qi無線充電技術引入中國。2010年中國CE創新設計盛典上，戴爾公司展示了一臺無線充電的電腦，這也是全球第一臺配有無線感應充電基座的筆記本電腦。目前，市場上的無線充電智能設備大部分都符合無線充電聯盟所制定的Qi規格，其采用的是電磁感應方式，由于該標準的統一，市面上只要是帶有Qi標志的產品，都可以互相實現充電。

2 重要專利分析

2.1 CN200780036419 該專利是美國捷通國際有限公司于2007年9月20日提出的申請，發明名稱為：用于對電池進行感應充電的系統和方法，該專利是美國公司在該技術領域相對較早的一件關于無線充電技術的專利申請，并同時在中國、美國、日本、韓國、中國臺灣、中國香港、印度等多達十四個國家獲得授權保護，該專利及其同族專利被引證多達56次。該專利申請的技術方案為一種用于對電池再充電的感應充電系統，該系統包括充電器電路和次級電路。次級電路包括反饋機構以通過初級線圈和次級線圈的感應耦合而將反饋提供給充電器電路。充電器電路包括頻率控制機構，用于至少部分響應于來自反饋機構的反饋而控制施加于初級線圈的功率的頻率。該感應充電電路允許非線性充電曲線在具有少量組件的感應系統中實現。過電流和過電壓檢測器不僅提供用于驅動充電功率的頻率的反饋，而且保護電池不受潛在有害的功率情形的傷害。通過改變規定系統操作的多個儲存值能夠容易地改變充電曲線。很適于在充電便攜電子裝置中的使用，例如手機、個人數字助理、手持游戲裝置、個人媒體播放機和其它類似裝置。次級電路可以被合并入便攜式電子裝置，從而該裝置可以放置在很接近于充電器電路的位置來充電，因而消除了將裝置插入充電器的必要。該申請的技術方案實現了對無線充電電流的精確控制，進而能夠為鋰離子電池等進行精確的充電。

2.2 CN200780001339 該專利是韓國翰林POSTECH株式會社于2007年9月13日提出的申請，發明名稱為：用于電池無線功率傳輸的非接觸充電器系統及其控制方法，是韓國在無線充電技術領域中較早的一件專利申請。該專利在韓國、中國、日本、美國、歐專局都被授權保護，該專利及其同族專利被引證多達48次。該專利申請的技術方案為用于電池組的無線充電器系統包括：無線充電器設備；電池組，其以無線模式從無線充電器設備接收電力信號，以對電池充電并將電源供給到便攜式終端塊。無線充電器設備包括供給電力到電池組的諧振轉換器和內部裝有中央控制器的無線充電器盒體，無線充電器盒體后部邊緣形成有突出的圓形部分，無線充電器盒體前部部分具有提供為傾斜表面的顯示器塊，圓形部分和前部部分之間形成的平坦表面中設有電池組定位塊，電池組定位塊內裝有用于向電池組傳輸電力的主芯塊。電池組具有包圍電池的屏蔽板和包圍無線電力接收器電路的屏蔽構件。該無線充電器系統可用于容易地操作無線電力充電系統和容易地檢查顯示在顯示器塊上的無線電力充電系統的操作狀態。

2.3 CN200610011809 該專利是我國自主研發創造的技術，申請人為清華大學，發明名稱為：用于植入式醫療儀器的經皮無線充電裝置，是我國在無線充電技術應用中較早的一件專利申請。該專利被引證多達34次。該技術方案是用于植入式醫療儀器的無線充電裝置，包括植入人體內的充電電路和位于體外的發射電路，充電電路包括接收線圈、充電控制電路和充電電池，發射電路包括發射線圈及其驅動電路。充電控制電路包括依次和接收線圈輸出端連接的整流電路、濾波電路和充電芯片，驅動電路由電源電路、波形發生器、功率放大電路依次連接而成；發射線圈為大尺寸扁平狀，接收線圈為小尺寸柱狀，均含有磁芯和線圈，采用平行軸的電磁耦合方式設置；發射線圈在驅動電路的激勵下發射電磁能量，接收線圈獲得電能，通過充電控制電路對充電電池充電。主要用于對心臟起搏器與除顫器、腦起搏器、脊髓刺激器、外周神經刺激器、肌肉刺激器、人工耳蝸等植入式醫療儀器進行充電。本發明專利經皮無線充電裝置能夠穿過皮膚對植入人體的醫療儀器進行充電，避免了電池能量耗盡后的再次手術，延長了植入式醫療儀器的使用壽命，減少了患者接受手術的危險，減輕了患者的痛苦和經濟負擔；減小了植入式醫療儀器的尺寸和重量，從而減小了植入式醫療儀器作為人體內的異物對患者身體 的不良影響，改善了患者的生活質量；改善了充電過程中體外發射線圈與體內接收線圈的位置容差性，使充電過程變得更加簡單便捷和可靠；全國有上千萬可使用植入式醫療儀器的患者，本發明專利具有極高的經濟效益和社會效益。開拓可無線充電設備的應用領域。

3 結束語

無線充電技術領域中的重要專利，其評判標準包括專利的同族數量、被引證次數、以及法律狀態等。從重要專利的主要技術內容進行分析，無線充電已經在智能電子設備中開始應用，但是由于距離、效能、電磁輻射、技術含量、成本等多方面的問題，無線充電技術要廣泛應用于生活中，還需要跟進一步的研究。