电动汽车（Electric Vehicle, 简称EV），因其无尾气排放，是一种绿色环保的交通工具。无线充电技术具有使用方便、安全、无接触损耗、可适应多种恶劣环境和天气等优点，将无线充电技术其应用于电动汽车，可以减少电动汽车配备的电池容量，减轻车体重量，故具有巨大的市场应用前景。

无线充电技术简介

无线充电或称无线供电（Wireless Power Transmission, 简称WPT），就是充电器与用电装置之间以磁场传送能量，两者之间不用电线连接，因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。

WPT技术，按充电原理进行划分，可以分为三种：

无线电波式WPT

电磁感应式WPT

电磁共振式WPT

无线电波式WPT技术是以微波（频率一般在300MHz至300GHz之间）作为主要传递载体，在自由空间中无线传输能量，是一种全向辐射的形式，主要用于如微波飞机、卫星太阳能电站等远距离输电场合。

经检索，得到87篇关于电动车无线电波式WPT的专利申请，主要申请人是麻省理工大学。由于其工作频率高、系统效率较低，无线电波式WPT技术并不适合于EV这种能量传输距离较短的应用场合。三菱重工尝试开发过基于无线电波式WPT技术的EV充电系统，但其系统能量变换效率仅有38%。

电磁感应式WPT技术是基于电磁感应原理，以磁场为充电媒介，利用一次、二次分离的变压器，在较近距离条件下进行无线电能传输的技术。电磁感应式WPT技术的工作频率相对较低，一般为几十到几百kHz，可以实现KW级功率无线传输，近距离传输效率一般在90％以上。

电磁共振式WPT技术是建立在电磁谐振理论的基础上来实现，在发送端和接收端配备相同的谐振频率的谐振线圈，一旦两者处于适当的距离时，即可给发送端输送谐振线圈谐振频率相同的驱动信号和能量，两者很容易产生共振，能量也可由此源源不断地直接从发射线圈传输到相应的接收线圈当中。

电磁共振式WPT技术有很多优点，如传输距离远（一般可达几米），对小范围位置变化不敏感，传输效率高等。

综上所述，在中小距离场合，电磁感应式WPT和电磁共振式WPT因传输效率相对较高，更适合于电动汽车充电。

经过检索分析，得到本领域历年的申请趋势，如图1所示：

可以看到，在2007年之前，该技术处于缓慢增长期，该阶段的研究主要集中于对无线电波式WPT和电磁感应式WPT技术的研究。

2007年，MIT的研究人员提出了电磁共振式WPT技术，带动了该领域的快速发展。

2008年，无线充电联盟“Qi”标准的制定，标志着无线充电技术真正进入商业化运营模式，因而在2008年以后电动汽车无线充电技术处于快速增长期。

图1 电动车无线充电技术历年的申请趋势

该领域的全球申请的申请人排名，中国申请的申请人排名以及中国申请人排名，如表1所示：

表1 电动车无线充电技术领域各类申请人排名

根据数据库中专利文献的被引证频次数对本领域的专利申请进行排序，列举出被引证次数排名前5的专利文献，如表2所示：

表2 被引证次数前5位的专利文献

一般而言，被引证次数越高说明该专利的技术含量越高，同族专利数量越大说明该专利的市场经济价值越高。如表1所示，这5项被引证次数最高的专利申请的申请人分别是MIT（美国麻省理工大学），数量为3项、丰田和奔驰各一项，这些专利都在多国进行了专利布局，具有较多的同族专利。

核心专利分析

①

1996年由奔驰公司申请的专利（DE19512107A1）公开了一种带有能量和信息传输装置的有轨运输装置，采用电磁感应式WPT技术，该专利公开了该装置的具体结构：

具有包含驱动和导向元件的运输元件、带能量和信息传输装置的有轨运输装置，它带有输入输出单元和数据处理及信息传输单元，运输元件具有一个作为次级元件的变压器头，用以传输来自于沿行驶线路敷设的初级回路的能量，其中装在运输小车上的变压器头由一个铁氧体铁心和一个围绕铁氧体铁心的次级绕组组成，它与初级回路磁耦合，运输元件具有一个用于向前运动的可调节和控制的驱动单元，为了向前运动设有用来无摩擦地平衡重力和达到沿行驶轨道以及轨道导向元件的无摩擦滑动的装置。

该专利公开了电磁感应式WPT用于交通运输工具的系统的具体结构，并适于动态充电，其引用次数为94次。

②

2005年，MIT的专利申请（US2007222542A1），提出了电磁共振无线能量传输的基本方法和设备：

该设备包括用于从外部电源接收能量的第一共振器结构，该第一共振器结构具有第一品质因数；第二共振器结构被设置在远离第一共振器结构的位置，向外部负载供应有用工作功率，第二共振器结构具有第二品质因数。两个共振器之间的距离可以大于每个共振器的特征尺寸。在第一共振器结构和第二共振器结构之间的非辐射能量传递是通过它们的共振场渐消迹线的耦合进行的。

该专利作为电磁共振式WPT技术的基础性专利，分别布局于9个国家和地区，总共被引用361次，该专利申请的内容于2007年以论文的形式公开。

③

随后，2007年，麻省理工大学对电磁共振式WPT的设备作了进一步详细的研究，专利（US2010171370A1）进一步公开了第一谐振器和第二谐振器都包括带电容负载的导电线圈，还公开了谐振器结构的谐振频率、品质因素和谐振宽度的选择。

该专利也是电磁共振式WPT的基础性专利，同样布局于9个国家和地区，总共被引用95次。

④

2008年，麻省理工大学的专利（US2009284083A1）对电磁共振式WPT设备作了进一步改进，公开了一种包括干涉增强的无线能量传输设备和方法：

功率发生器耦合到第一谐振器结构，所述功率发生器被配置成以远离谐振角频率并向着对应于所述谐振器结构的奇简正模式的频率偏移的角频率驱动第一谐振器结构或第二谐振器结构，以通过相消远场干涉减少来自所述谐振器结构的辐射。该技术方案利用谐振耦合物体辐射场之间的相消干涉来提高能量传输的效率或抑制辐射的功率，减少对其他通信系统的干扰或损害。

该专利开始重视电磁辐射对周围通信系统的影响，在9个国家和地区布局，并被引用68次。

⑤

2009年，丰田汽车的专利申请（JP4453741B）2公开了EV谐振式WPT技术的具体的系统结构，如图2所示：

图2 电磁共振式无线电能传输系统

该系统包括：电动车辆(100)，具备次级自谐振线圈(110)、次级线圈(120)、整流器(130)、蓄电装置(140)和电动机(160)。

• 次级自谐振线圈通过磁场的共振与车辆外部的初级自谐振线圈(240)磁耦合，能够从初级自谐振线圈接受电力；
• 次级线圈能够通过电磁感应从次级自谐振线圈接受电力；
• 整流器对次级线圈接受到的电力进行整流；
• 蓄电装置储存由整流器整流后的电力；
• 电动机从蓄电装置接受电力的供给而产生车辆驱动力。

该专利成为将谐振式WPT技术应用于电动汽车充电的系统结构的基础性专利，随后的研究大都在该结构的基础上作优化改进，因而该专利是电动汽车无线充电领域引用次数最高的专利，总共被引用366次。

由以上核心专利的分析可知，五项核心专利中，有1项涉及电磁感应式WPT，于1996年申请，4项涉及电磁共振式WPT，于2005年后申请。

说明早期的WPT技术集中在研究电磁感应式WPT，而在麻省理工大学提出电磁共振式WPT技术以后，由于电磁共振对小范围位置变化不敏感，更适于电动汽车这种可移动的设备充电，因而该领域的研究重点转向了电磁共振式WPT技术。

随后人们也开始重视无线能量传输过程中电磁辐射对外界的影响。

总结

本文介绍了无线充电的原理，简单梳理了电动汽车无线充电领域主要申请人以及本领域的核心专利技术。

纵观电动汽车无线充电领域的国际专利态势，以丰田为首的日本企业和研究院在该领域占有绝对有利地位，并且非常重视专利布局，而中国在该领域的研究起步较晚，目前来看，成果并不显著。

中国本土的企业和研究院在制定研发方向时应注意识别，避免重复已有的工作。

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作者简介

王鸿

数据与咨询事业部检索分析师

北京工业大学博士

电池领域专家

北京工业大学博士，材料科学与工程专业，研究基于染料敏化电池光阳极的不同结构TiO2纳米管阵列的制备和性能，发表多篇论文和专利；熟悉科研流程，善于挖掘和总结创新点，探索可专利性的技术方案

具有四年的发明实审经验，熟悉专利实审流程，擅长以获得专利稳定授权为目标的一系列工作：对现有技术的充分检索、发明点的提取、专利撰写技巧、通知书答复技巧等

熟悉专利检索系统和平台以及非专利库，擅长运用各种检索工具进行检索工作，为查新、无效、侵权、专利相关人检索、法律状态、专利分析、竞争对手分析等服务；熟悉专利分析业务，能够提供技术主题分析，竞争对手分析，侵权分析等服务

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