無(wú)線充電器

1、相關(guān)報(bào)道

　　英國(guó)一家公司發(fā)明了一種新型無(wú)線充電器，它看上去就像一塊塑料鼠標(biāo)墊，將手機(jī)等放在墊上就能充電，并能同時(shí)給多個(gè)設(shè)備充電。

　　據(jù)英國(guó)《新科學(xué)家》雜志報(bào)道，這個(gè)“鼠標(biāo)墊”里裝有密集的小型線圈陣列，可產(chǎn)生磁場(chǎng)，將能量傳輸給裝有專(zhuān)用接收線圈的電子設(shè)備，進(jìn)行充電。接收線圈由磁性合金繞以電線制成，大小和形狀都與口香糖相似，可以很方便地貼在電子設(shè)備上。

2、發(fā)展歷史

　　早在19世紀(jì)30年代，邁克爾·法拉第就發(fā)現(xiàn)，周?chē)艌?chǎng)的變化將在電線中產(chǎn)生電流。19世紀(jì)90年代，塞爾維亞裔科學(xué)家尼古拉·特斯拉就申請(qǐng)了最初的一個(gè)專(zhuān)利。

　　但遺憾的是，這方面的研究延遲了一個(gè)世紀(jì)。最大的障礙是傳輸效率太低又存在危險(xiǎn)。電磁輻射只適合傳送信息，并不適合傳送能量。因?yàn)檩椛錈o(wú)定向性可言，能量將會(huì)浪費(fèi)在無(wú)用的空間中。有人設(shè)想使用定向電磁輻射，比如激光，但其可操作性不強(qiáng)且極具危險(xiǎn)性。

　　香港城市大學(xué)電子工程學(xué)系許樹(shù)源教授在早幾年曾成功研制出“無(wú)線電池充電平臺(tái)”，可將數(shù)個(gè)電子產(chǎn)品放在一個(gè)充電平臺(tái)上，不需外接電線，透過(guò)低頻電磁場(chǎng)自動(dòng)充電，充電時(shí)間與傳統(tǒng)充電器無(wú)異。但這一技術(shù)仍需要產(chǎn)品與充電器接觸，它主要利用的是近場(chǎng)電磁耦合原理。

　　美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究人員在無(wú)線傳輸電力方面取得了新進(jìn)展，他們用兩米外的一個(gè)電源，“隔地”點(diǎn)亮了一盞60瓦的燈泡

　　索利亞契奇的設(shè)計(jì)，非輻射無(wú)線能量傳輸有距離的限制，接收器越小則這個(gè)距離越短。他計(jì)算出筆記本電腦大小的物體可以在幾米的范圍內(nèi)接受無(wú)線能量傳輸，“這樣在每個(gè)房間安裝一個(gè)發(fā)射源，就可以給整個(gè)住宅的筆記本電腦供電了。”

　　索利亞契奇希望通過(guò)使用不同材料和改進(jìn)技術(shù)，把效率提高到70%至80%。他們相信，改進(jìn)后的設(shè)備將在3到5年內(nèi)為筆記本電腦、移動(dòng)電話以及其他設(shè)備進(jìn)行無(wú)線充電。[1]

3、工作原理

　　物理學(xué)家早就知道，在兩個(gè)共振頻率相同的物體之間能有效地傳輸能量，而不同頻率物體之間的相互作用較弱。歌唱家演唱能將裝有不同水量瓶子中的一個(gè)震碎，而不影響其他瓶子就是這個(gè)道理。這也好比我們蕩秋千時(shí)，只需坐在上面讓下垂的雙腿同步擺動(dòng)就能給秋千帶來(lái)動(dòng)力一樣。

　　無(wú)線充電技術(shù)正是利用了這個(gè)原理。同樣，無(wú)線充電技術(shù)也應(yīng)用了電磁波感應(yīng)原理，及相關(guān)的交流感應(yīng)技術(shù)，在發(fā)送和接收端用相應(yīng)的線圈來(lái)發(fā)送和接收產(chǎn)生感應(yīng)的交流信號(hào)來(lái)進(jìn)行充電的的一項(xiàng)技術(shù)，用戶只需要將充電設(shè)備放在一個(gè)“平板”上即可進(jìn)行充電，這樣的充電方式過(guò)去曾經(jīng)出現(xiàn)在手表和剃須刀上，但是當(dāng)時(shí)無(wú)法針對(duì)大容量鋰離子電池進(jìn)行有效充電。無(wú)線充電器技術(shù)原理構(gòu)圖如圖所示

　　最初由英國(guó)一家公司發(fā)明了一種新型無(wú)線充電器，它看上去就像一塊塑料鼠標(biāo)墊，這個(gè)“鼠標(biāo)墊”里裝有密集的小型線圈陣列，因此可產(chǎn)生磁場(chǎng)，將能量傳輸給裝有專(zhuān)用接收線圈的電子設(shè)備，從而進(jìn)行充電。接收線圈由磁性合金繞以電線制成，大小和形狀都與口香糖相似，所以可以很方便地貼在電子設(shè)備上。將手機(jī)等放在墊上就能充電，并能同時(shí)給多個(gè)設(shè)備充電。

　　充電技術(shù)此前已經(jīng)出現(xiàn)，但這項(xiàng)新發(fā)明更為方便實(shí)用。手機(jī)等設(shè)備只要貼上接收線圈，放置在“鼠標(biāo)墊”上的任一位置都可充電，不像以前的一些技術(shù)那樣需要精確定位。幾個(gè)設(shè)備同時(shí)放在墊子上，可以同時(shí)進(jìn)行充電。充電器產(chǎn)生的磁場(chǎng)很弱，能夠給設(shè)備充電但不會(huì)影響附近的信用卡、錄像帶等利用磁性記錄數(shù)據(jù)的物品。

　　無(wú)線充電系統(tǒng)主要采用電磁感應(yīng)原理，通過(guò)線圈進(jìn)行能量耦合實(shí)現(xiàn)能量的傳遞。如圖所示，系統(tǒng)工作時(shí)輸入端將交流市電經(jīng)全橋整流電路變換成直流電，或用24V直流電端直接為系統(tǒng)供電。

　　經(jīng)過(guò)電源管理模塊后輸出的直流電通過(guò)2M有源晶振逆變轉(zhuǎn)換成高頻交流電供給初級(jí)繞組。通過(guò)2個(gè)電感線圈耦合能量，次級(jí)線圈輸出的電流經(jīng)接受轉(zhuǎn)換電路變化成直流電為電池充電。

　　變化的磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，其大小均與它們的變化率有關(guān)系，而正弦函數(shù)的變化率是另外一個(gè)正弦函數(shù)，所以電磁波能夠傳播出去，而感應(yīng)電壓的產(chǎn)生與磁通量的變化相關(guān)，所以線圈內(nèi)部變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，從而完成充電過(guò)程。

　　手機(jī)無(wú)線充是比較新穎的充電方式，其原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是將普通的變壓器主次級(jí)分開(kāi)來(lái)達(dá)到無(wú)線的目的。當(dāng)然，無(wú)線充的工作頻率比較高，甚至可以拋棄鐵心直接線圈之間就可以達(dá)到能量傳遞的作用。

4、主要特點(diǎn)

　　1、從理論來(lái)說(shuō)，無(wú)線充電技術(shù)對(duì)人體安全無(wú)害處，無(wú)線充電使用的共振原理是磁場(chǎng)共振，只在以同一頻率共振的線圈之間傳輸，而其他裝置無(wú)法接受波段，另外，無(wú)線充電技術(shù)使用的磁場(chǎng)本身就是對(duì)人體無(wú)害的。但無(wú)線充電技術(shù)畢竟是新型的充電技術(shù)，以邁源科技的無(wú)線充電器來(lái)說(shuō)，很多人都會(huì)擔(dān)憂無(wú)線充電技術(shù)會(huì)像當(dāng)初Wi-Fi和手機(jī)天線桿剛出現(xiàn)一樣，其實(shí)技術(shù)本身是無(wú)害的。

　　2、無(wú)線充電技術(shù)利用磁共振在充電器與設(shè)備之間的電場(chǎng)和磁場(chǎng)中傳輸電能，線圈和電容器則在充電器與設(shè)備之間形成共振。

　　3、這一系統(tǒng)可以在未來(lái)得到廣泛應(yīng)用，例如針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的充電區(qū)以及針對(duì)電腦芯片的電量傳輸。采用這項(xiàng)技術(shù)研制的充電系統(tǒng)所需要的充電時(shí)間只有當(dāng)前的一百五十分之一

　　4、轉(zhuǎn)化率一直是很多人擔(dān)心的問(wèn)題，麻省理工學(xué)院通過(guò)研究表明，無(wú)線充電技術(shù)的損耗比起有線充電技術(shù)來(lái)說(shuō)更高。無(wú)線充電轉(zhuǎn)化率比起有線要高幾個(gè)百分點(diǎn)。高轉(zhuǎn)化，也是無(wú)線充電器得以在全球進(jìn)行應(yīng)用的關(guān)鍵因素。但無(wú)線充電技術(shù)也受到距離的限制，未來(lái)發(fā)展，必然需要解決遠(yuǎn)距離傳送對(duì)于波段和磁場(chǎng)范圍的精準(zhǔn)定位問(wèn)題。

　　5、核心芯片是無(wú)線充電技術(shù)在產(chǎn)品應(yīng)用的難點(diǎn)之一。精準(zhǔn)輻射范圍控制，磁場(chǎng)頻率大小，其它控制等都是由芯片實(shí)現(xiàn)。

5、相關(guān)問(wèn)題

　　市場(chǎng)應(yīng)用發(fā)展瓶頸

　　1.核心無(wú)線充電技術(shù)不完善；

　　2.輻射區(qū)域難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸；

　　3.長(zhǎng)距離定位對(duì)硬件的要求太高；

　　4.磁場(chǎng)共振高度匹配可控制小；

　　5.應(yīng)用范圍局限，沒(méi)有得到延伸；

　　6.市場(chǎng)因素與消費(fèi)者心理導(dǎo)致開(kāi)發(fā)商不愿意大力進(jìn)行技術(shù)研發(fā)。

輻射

　　麻省理工學(xué)院的研究人員表示，身體對(duì)電場(chǎng)的反應(yīng)很強(qiáng)，但身體對(duì)磁場(chǎng)的反應(yīng)則幾乎沒(méi)有，因此這一系統(tǒng)不會(huì)影響人體健康。不過(guò)，這還只是一種推測(cè)，有研究人員對(duì)此觀點(diǎn)表示擔(dān)心，在真正應(yīng)用于生活前，還需要進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn)。

　　做為電子類(lèi)充電產(chǎn)品，充電器本身避免不了輻射，所以無(wú)線充電器有輻射是必然的。但無(wú)線充電器的功率很小，充電時(shí)間較長(zhǎng)，所產(chǎn)生的輻射也小，應(yīng)該不會(huì)對(duì)人產(chǎn)生較大的傷害。

端口統(tǒng)一

　　為避免不必要的浪費(fèi)和產(chǎn)生更多的電子垃圾，中國(guó)正在執(zhí)行手機(jī)充電器端口統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化。但對(duì)于無(wú)線充電技術(shù)來(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)將會(huì)得到最大程度的普及：不但手機(jī)可以使用，數(shù)碼相機(jī)、iPhone和iPad、筆記本也都可以一同分享這種充電設(shè)備。日本富士通甚至準(zhǔn)備推出一個(gè)更為高級(jí)的技術(shù)，將這種成功從便攜式電子產(chǎn)品擴(kuò)大到電動(dòng)汽車(chē)充電中。富士通公司此舉最終目的是在街頭設(shè)置公用“充電點(diǎn)”，可以為便攜數(shù)碼設(shè)備以及電動(dòng)汽車(chē)用戶實(shí)現(xiàn)更方便地24小時(shí)全天候充電服務(wù)。除此之外無(wú)線充電器更聰明可節(jié)省耗能。雖然無(wú)線充電設(shè)備的效能接收在70%左右，和有線充電設(shè)備相等，但是它具備電滿自動(dòng)關(guān)閉功能，避免了不必要的能耗。而且這個(gè)效能接收率在不斷提高。

　　手機(jī)將內(nèi)置充電接受器，并統(tǒng)一無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)

　　要實(shí)現(xiàn)手機(jī)等產(chǎn)品的無(wú)線充電，必須有兩個(gè)部分：發(fā)射器，與電源連接，負(fù)責(zé)向廣闊空間發(fā)射電能；接收器，一般安裝在電子產(chǎn)品上，用以接受電能。無(wú)線充電技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始在手機(jī)產(chǎn)品中運(yùn)用了，以iPhone手機(jī)為例，無(wú)線充電生產(chǎn)商為使其可具備無(wú)線充電功能，則對(duì)其進(jìn)行了改裝，安裝了一種類(lèi)似“蘋(píng)果皮”的“衣服”。作為無(wú)線充電接收器，它是以增加手機(jī)充電外殼的形式出現(xiàn)，但相關(guān)改造產(chǎn)品中國(guó)或?qū)⒖梢酝瞥?。這個(gè)外殼被稱(chēng)為“Qi門(mén)”，它支持iPhone與黑莓手機(jī)，用戶不需更換手機(jī)可搶先體驗(yàn)這一功能。在2013年初，無(wú)線充電接收器會(huì)充分“瘦身”，成為手機(jī)產(chǎn)品中內(nèi)置的無(wú)線充電接收芯片，只有指甲蓋那么大。諾基亞、飛利浦、LG、三星、索尼愛(ài)立信、iPhone、HTC、谷歌、中興、Sharp以及RIM等眾多國(guó)際知名手機(jī)廠商都很支持這一技術(shù)，無(wú)線充電器也有可能會(huì)與手機(jī)一起捆綁進(jìn)行銷(xiāo)售。

　　手機(jī)無(wú)線充電關(guān)鍵在于兼容性，Qi標(biāo)準(zhǔn)可確保品牌兼容

　　無(wú)線充電技術(shù)主要利用電磁技術(shù)，在發(fā)射器將電流轉(zhuǎn)化為電磁，手機(jī)通過(guò)內(nèi)置芯片接收器將電磁轉(zhuǎn)化為電流為手機(jī)充電。無(wú)線充電技術(shù)推廣的關(guān)鍵在于確保各廠家無(wú)線充電器能夠兼容，Qi標(biāo)準(zhǔn)的制定使無(wú)線充電有了統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，確保同一充電器對(duì)多品牌和多產(chǎn)品的兼容性。無(wú)線充電聯(lián)盟主席MennoTreffers對(duì)外表示，Qi無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)采用的是電磁感應(yīng)技術(shù)，相比于其他技術(shù)，效率和安全性都更高。Qi無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)包括接口、性能以及法規(guī)三方面，這將對(duì)無(wú)線充電技術(shù)的普及是相當(dāng)大的挑戰(zhàn)，所以通過(guò)Qi標(biāo)準(zhǔn)的手機(jī)將可通過(guò)任何通過(guò)Qi認(rèn)證的充電基站、底座或是其它可充電裝置進(jìn)行無(wú)線充電。Qi對(duì)于裝置的第一項(xiàng)先期要求就是不得高于5瓦特，這對(duì)于一些希望筆記本電腦也能同樣通過(guò)無(wú)線充電技術(shù)的廠商可能是一大限制。

　　已有廠商推出Qi標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線充電產(chǎn)品，市場(chǎng)廣泛

　　全球最大的電池和便攜式照明設(shè)備商Energizer（勁量）表示將會(huì)很快推出支持Qi標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線充電器產(chǎn)品，并首先為蘋(píng)果iPhone3GS和黑莓BlackberryCurve8900用戶帶來(lái)無(wú)線充電的全新體驗(yàn)。同時(shí)市場(chǎng)調(diào)研公司iSuppli提供的數(shù)據(jù)顯示，無(wú)線充電設(shè)備市場(chǎng)在2013年將達(dá)到140億美元的規(guī)模。飛利浦已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)含有無(wú)線充電設(shè)置新型手機(jī)了。飛利浦X723手機(jī)已經(jīng)現(xiàn)身，其采是3.2英寸240X400屏幕，帶GPS和300萬(wàn)像素?cái)z像頭?？上驳氖?，該機(jī)將標(biāo)配無(wú)線充電器XeniumQ1（Qi無(wú)線充電聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)），但具體上市時(shí)間和價(jià)格目前尚未透露。

接收天線

　　盡管本文重點(diǎn)介紹充電器，順便也概略介紹下接收天線。因?yàn)檫@類(lèi)無(wú)線充電裝置本質(zhì)是一個(gè)變壓器，初級(jí)裝在充電器中，次級(jí)裝在終端中。

　　因?yàn)榕c充電器不配套的接收天線會(huì)引起充電電路中電流的波動(dòng)，如何選擇好充電天線呢？

　　第一：終端天線需帶磁屏蔽。

　　充電天線若只是一個(gè)空心線圈，則附近金屬器物靠近時(shí)，會(huì)導(dǎo)致渦流，使得充電效率下降，充電器能量輻射不出去，電流增大，充電器發(fā)熱。

　　第二：充電器選用的磁性介質(zhì)分為有機(jī)磁性材料和無(wú)機(jī)磁性材料兩大類(lèi)。

　　有機(jī)磁性的材料可以做成很薄且有翹性，適合手機(jī)后蓋殼貼合，用于手機(jī)中；無(wú)機(jī)的磁性材料是燒結(jié)的鐵氧體制成，易碎，適合大的空間安裝。