無線充電領域金屬異物檢測專利技術綜述

秦媛倩

摘 要：在對待充電設備進行無線充電時，若在充電區域中混入金屬異物，將對充電效率產生影響，嚴重時將對充電設備或者待充電設備造成損壞，因此，有必要對該領域開展研究，以實現精準的異物檢測，提高傳輸效能。本文主要從專利文獻的視角對無線充電領域異物檢測技術的發展進行了全面的數據統計以及分析，總結了該領域相關的國內外專利的申請趨勢、主要申請國分布以及重要申請人分布。通過上述的分析和梳理，提高了對該技術領域發展情況和發展趨勢的認識。

關鍵詞：無線;充電;異物;檢測

中圖分類號：TM910.6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）12-0238-02

0 引言

無線充電技術主要有三種：射頻或微波WPT、電磁感應式WPT以及電磁共振式WPT。電磁感應式WPT是基于電磁感應原理，利用原、副邊分離的變壓器，在較近距離條件下進行無線電能傳輸的技術。目前較成熟的無線供電方式均采用該技術，其無線充電端到端效率已經接近90%，無線充電功率可達30kw，甚至更高。而隨著2007年，美國麻省理工學院的Witricity教授領導的研究團隊提出了一種基于磁諧振耦合原理實現中等距離傳輸能量的無線電能傳輸技術，電磁耦合諧振式無線能量傳輸技術作為一種新興的無線能量傳輸技術迅速發展起來，使無線能量傳輸技術成為國內外學者研究的又一熱點問題。該技術最早始于這種技術可以實現較遠距離、大功率的能量傳輸。東京大學的學者依據此特點認為磁諧振耦合式無線充電技術十分適用于電動汽車無線充電。然而，當使用這項技術對車載電池充電時，無線充電系統可能會受到外來異物的影響，所謂的異物，如硬幣、口香糖錫箔紙、磁性或者非磁性的金屬物體等，所有不是接收機裝置但會出現在發射機和接收機中間的金屬物品，均稱之為金屬異物。當無線充電系統能量傳輸區域中混入金屬異物時，該金屬異物將在高頻電磁場的作用下會產生一系列的電磁現象，由該金屬異物引起發射線圈等效阻抗增大將使得發射端電流減小，降低充電效能[1，2]。因此，為了提高傳輸效率，高效檢測異物，國內外專家學者在該領域不斷研究創新。

1 異物檢測技術分解

目前在無線充電異物檢測技術中主要可歸納為兩類，一為外加式感測器（如檢測線圈、超音波、紅外線、圖像等）于傳送端天線表面以進行異物檢測，但是外加式感測器會與系統本身產生相互作用而影響電力傳輸的性能，因此外加式感測器僅適合充電前檢測，充電時檢測則會對系統產生影響，另一類為電力傳送線圈檢測異物，其主要技術在于量測參數變化以判斷異物存在與否，量測的參數有傳送電壓、電流、功率、效率、阻抗以及品質因子等，但上述各參數皆會受到傳輸距離的不同而產生無法測定的變化，因此采用單一的檢測方法不易精準判斷是否有異物存在，需要采用多種方式結合的方法精確檢測以及定位異物。

2 全球專利申請狀況分析

本章通過對全球專利申請量進行分析，獲得了國內外專利申請總趨勢以及全球專利申請的主要國家分布。

2.1 發展趨勢分析

圖1所示無線充電領域金屬異物檢測國內外專利申請趨勢，該技術總共經歷以下三個發展階段：

第一階段（1998-2008年）為萌芽期。從圖中可以看出異物檢測起始于20世紀90年代，但在2008年以前總申請量相對較少，而中國專利申請量幾乎為零，國際申請主要以國外申請為主。第二階段（2008-2015年）為快速發展期。自2008年基于磁諧振耦合原理實現中等距離傳輸能量的無線電能傳輸技術的提出，無線充電領域的相關技術得到了快速發展，該期間專利申請量呈不斷上升趨勢，在2012年以及2014年申請量分別出現了一個小峰值，進入快速增長期，并且通過申請量數據可以看出，中國申請量在此期間增長明顯。第三階段（2015年至今）為小幅回落期。進入2015年之后，專利申請量處于相對穩定的態勢，申請量較為均衡，浮動不大，處于穩定階段，究其原因，可能是該領域相關技術分支已經較為成熟，更優方式的研發存在一定的瓶頸。

2.2 區域分析

圖2所示反映了無線充電技術領域金屬異物檢測的專利申請量布局，從圖2中可以看出目前全球約53%的申請來自于中國，緊隨其后是日本，然后分別是美國、韓國、德國等，通常來說，一個國家的申請量所占份額的大小在一定程度上也客觀體現了該國在該領域科技實力的強弱，從圖中可以看到，中國、日本以及美國是最為重要的申請國家，也是技術創新實力相對較強的國家;而其他國家也是該領域高度關注的競爭市場者。

2.3 主要申請人分析

縱觀全球主要申請人為松下、索尼、豐田、三洋、尼桑、佳能、博世、LG、高通，其中日本各大公司處于絕對領先的地位，而韓國、德國緊隨其后，并且日本在金屬異物檢測方面屬于主要創新國家，對于該領域技術發展起到了明顯的推動作用，而其他公司主要以改進型發明為主。

3 中國專利申請狀況分析

3.1 國內專利申請趨勢

圖3所示可以看出，自2008年起，對無線充電領域金屬異物檢測開始出現中國專利申請，而從2008-2011年，該領域的專利申請還是以國外來華為主，并且申請人主要為日本的相關企業，而自2012年開始，國內申請人在該領域開始出現專利申請，并且從2012年-至今，增長較為穩定，而國外來華申請在此期間，在2014年出現了一個小高峰，2014年之后呈現回落態勢，可見看出，國內申請人對該領域重視程度逐年增加，而國外來華的申請人對該領域的技術已經研究的較為成熟，因此，申請量出現下滑情況。

3.2 國內主要專利申請地區分布

在國內申請中，申請量較大的省市通常集中于長三角、珠三角等東部沿海地區，這些地區均是國內經濟發展較為發達的地區，因而能夠配置更多的資源投入到無線充電金屬異物檢測領域的研究和制造中去。具體來說，廣東的申請量明顯高于其他省/市，一方面依賴于省內對該領域研發的企業眾多，如中興通訊、中惠創智等，另一方面也得益于省內政府的扶持，使得申請量相比其他省份占據絕對優勢。

3.3 國內各類型申請人的專利申請量的比重

圖4所示可以看出在國內申請中，在國內申請中，公司申請占有很大比重，約為96%，其次為高校/科研院所申請占有3%以及個人申請占有1%。這說明，在無線充電金屬異物檢測領域，公司為主要研發團隊，高校/科研院所申請還主要以非專利中的理論研究為主。

4 結語

本文分析了國內外無線充電領域異物檢測專利申請趨勢、國內外主要申請人。通過上述數據樣本的分析和統計，對該技術領域的現有技術的發展水平以及發展脈絡有了更進一步的認識。從該領域整體的技術發展情況不難看出，日本對于該領域的研究處于領先地位，并且日本的松下公司以及索尼公司的申請量也位居世界前列，同時，從申請量趨勢可以看出，中國近年來在該領域的申請量呈不斷增長的趨勢，圍繞如何更加準確的進行異物檢測不斷進行創新。相信未來伴隨著無線充電領域的不斷創新以及用戶在體驗過程中的需求不斷上升，針對無線充電領域的異物檢測還會有很長一段的發展道路。

參考文獻

[1] 曲曉東.基于磁耦合諧振的電動汽車無線充電系統研究[D].山東大學，2016.

[2] 馬中原，廖承林，王麗芳.金屬異物對電動汽車無線充電系統影響分析[J].電工電能新技術，2017（2）：14-20.