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无线充电器技术原理简介

无线充电技术利用了电磁波感应原理,及相关的交流感应技术,在发送和接收端用相应的线圈来发送和接收产生感应的交流信号来进行充电的的一项技术, 用户只需要将充电设备放在一个“平板”上即可进行充电,这样的充电方式过去曾经出现在手表和剃须刀上,但是当时无法针对大容量锂离子电池进行有效充电。无线充电器技术原理构图如图2所示

最初由英国一家公司发明了一种新型无线充电器,它看上去就像一块塑料鼠标垫,这个“鼠标垫”里装有密集的小型线圈阵列,可产生磁场,将能量传输给装有专用接收线圈的电子设备,进行充电。接收线圈由磁性合金绕以电线制成,大小和形状都与口香糖相似,可以很方便地贴在电子设备上。将手机等放在垫上就能充电,并能同时给多个设备充电。

无线充电技术此前已经出现,但这项新发明更为方便实用。手机等设备只要贴上接收线圈,放置在“鼠标垫”上的任一位置都可充电,不像以前的一些技术那样需要精确定位。几个设备同时放在垫子上,可以同时进行充电。充电器产生的磁场很弱,能够给设备充电但不会影响附近的信用卡、录像带等利用磁性记录数据的物品。


电磁感应无线输电技术(无线充电技术)

电磁感应无线输电技术已经在诸如电动牙刷等小功率产品上获得了应用,但更大功率的传输目前还不现实。Intel日前则在会场上演示了无线公供电驱动一枚60W电灯泡。该项研究是由Intel西雅图实验室的Joshua R. Smith领导的,部分技术基于麻省理工学院物理学家Marin Soljacic的研究。可以在一米距离内无线给60W灯泡提供电力,效率高达75%。Intel首席技术官Justin Rattner表示,未来可以将无线充电装置安装在办公桌内部,只要将笔记本或PDA等电器放在桌上就能够立即供电。
无线充电技术利用了电磁波感应原理,及相关的交流感应技术,在发送和接收端用相应的线圈来发送和接收产生感应的交流信号来进行充电的的一项技术, 用户只需要将充电设备放在一个“平板”上即可进行充电,这样的充电方式过去曾经出现在手表和剃须刀上,但是当时无法针对大容量锂离子电池进行有效充电。无线充电器技术原理构图如图2所示

无线充电器的发展现状及前景展望

如果电磁学之父迈克尔·法拉第可以乘坐时光机来到21世纪,毫无疑问他将对iPhone肃然起敬。但当他连续五个小时使用触摸屏浏览网页、打电话、玩游戏,在利用卫星定位仪确认自己所在方位后,他也会陷入难题:为什么,所有这些先进技术和交流方式,这样一个尖端产品还是需要塞到充电器里去充电?如果移动设备可以利用空气中的信号打电话浏览网页,那电为什么不可以?很多消费者和手机制造商经常这样问自己——不过无论是新的还是早就建立的技术公司都还没找到答案。

对于那些一直关注电子行业的观察家来说,无线充电器的承诺听起来十分得熟悉。2004年的时候,一家英国的技术公司Splashpower对电子消费公司的无线充电器表示了“非常强烈”的兴趣。基于法拉第19世纪发现的电磁感应原理,这个公司的“Splashpad”包含了一个当电流通过时可以制造磁场的线圈。当带有同样线圈的移动设备靠近那个无线充电器,之前的过程就是倒转,磁场就会为第二个线圈提供电流,这样就可以做到无线为设备的电池进行充电。不幸的是,虽然法拉第的电磁感应原理在测试的时候站得住脚,Splashpower还没有——直到去年宣布破产的时候都没有推出过一个产品。

图1 无线电充电器技术原理框图

由于操作建议而且规模容易控制,电磁感应仍然是现在研究无线充电器公司的技术选择。不过,正如Splashpower发现的那样,理论是不能直接转化为赚钱的工具的。对于公司来说其中一个主要的难题就是要说服制造商们将他们的组建做的与他们的设备一致。不过后来他们做了一些有意义的改进。

第一个是2008年成立的无线电协会,这个协会致力于为无线充电感应建立一个统一的标准,然后才能研制适配器。(这个模型有点像是蓝牙,一种小范围的无线技术,现在很多手机都有。)这个新协会的成员包括大的电子消费公司,例如飞利浦和三洋,也有芯片制造商,德克萨斯仪器公司。

协会主席也是飞利浦标准化指挥官的Menno Treffers说全球标准是对无线充电器适配器唯一最重要的要求。飞利浦是少有的几家拥有无线充电设备业务的公司——比较著名的有,电子牙刷还有一些叫“亲密的双卡信息”。不过Treffers先生承认更多的合作需要保证各种不同的设备,比如手机,笔记本电脑和数码相机,都可以共同使用同样的充电器。

以前充电

无线设备供应商之间的强烈竞争也加速了无线充电器的研究。在今年的电子产品展览的明星,这个展览每年都会在拉斯维加斯举行,Pre,Palm生产的先进的小巧的智能手机(如上图)。这个手机拥有标准技术的特征——触摸屏,无线上网,全球卫星定位系统,蓝牙和内置摄像头——Pre还有一个可供选择的充电设备,叫做触摸石,就是利用电磁感应原理无线为设备充电。当设备放在垫块上,两个仪器就会通过内置感应器识别对方。垫块里面的磁铁就会将手机与垫块吸附在一起然后进行充电。

Palm并不是唯一一家在拉斯维加斯推出无线充电器的公司。Fulton创新公司,无线电协会的拎一个成员并且是Splashpower资产的买家,利用这次展览揭开了一系列的产品,这些产品包括在开车的时候可以利用车内的安装的带有感应线圈的控制设备无线为移动设备充电。(宝马公司说将会在韩国推出的7系车内就会有一个专门为三星手机设置的无线充电器)而Bosch公司的经过改良的工具箱则展示了无线电充电器设备的潜力。

其他一些正在进行的家庭设备包括将充电器植到厨房的灶台里,这样就可以无线使用搅拌器和其他设备。Fulton创新公司的Bret Lewis说他们公司的技术也可以用在工业设备上,或者为电动汽车充电。人们关注手机,笔记本电脑和其他耗电产品虽然只是暂时的,但他将2009年视为“ 无线年”。虽然这个看起来可能有点过于野心勃勃,不过现在发展的三分之一表明将感应充电转化为商机可能并不遥远了。

2008年11月的时候,德克萨斯仪器公司宣布与Fulton创新公司结合“来加速发展有效的无线电解决方案”。为世界上很多领先的手机公司制造商提供手机组件德克萨斯仪器公司,正在为支持Fulton创新公司发展的技术研究带有完整线路的产品,,目的在于减少无线充电器所需要的组件的花费和大小,并且让设备使用者用起来更简单,并尽快适应他们的产品。

“从一个半导体和电力管理观点来看,我们正在做的无线充电器是一种自然的延伸。”Masoud Beheshti说,他是德克萨斯仪器公司的电池充电主任。他预言,像蓝牙,无线充电器在逐渐被广泛应用之前,将最先出现在高端设备上。

无线充电设备是基于电磁感应的思想主导着市场,一些在短距离和长距离内交换电力的可供选择的技术也在发展。总部在科罗拉多州的WildCharge已经开始销售一些无线充电设备。这种设备是用比较便宜的不过很简易的方法,就是将移动设备与一个特制的链接通过四个具有传感性的金属钉来制造电流。(如图)。

WildCharge和该技术的持照人发展了一些可以替代流行电子设备的后备品,这些设备包括摩托罗拉的RAZR手机和Nintendo Wii电子游戏管理者和索尼游戏机3。即使这些设备过时了,这两个家伙都能建立与发射台建立直接的电子联系。这个公司还发明了主意红黑莓智能手机特别“皮肤”,这样他们也可以不需要充电器就给手机充电。虽然他们可能没有运用感应的“wow”因素组合,这个连接避免了设备和垫块之间“握手”的需要,只需要在充电开始之前利用特别的方式将设备和垫块连接在一起。

另一个系列的想法是长距离无线传输电力,这个方法可以让我们连充电器都丢掉。这个技术就是利用从收发台发出的收音机电波和广播的能量,还有天线发出的能量,来制造电。利用被动电的方法是从水晶收音机上发现的,这个方法在很难换电池或者充电的地方的短距离实验成功了。问题是长距离的通过强烈的电波来为手机和笔记本电脑充电可能对人体健康有害,而且理论上很难实现。

然而一个总部设在宾夕法尼亚州匹兹堡的Powercast的公司,发明了一个可以在一边运行的情况下一边做事情并且维持在安全的电力水平的无线电产品。在不超过1.5米的范围内,这个技术可以用在低电压的灯光系统上;而在超过3米的范围内,电波可以为细流充电提供电为电池重新充电;而在超过差不多7.5米的时候,就可以为无线传感网络充电了。公司称这个产品可以提供的电量“在米以上毫瓦”,“在厘米以上瓦”。

虽然PowerBeam做了另外一个尝试,这个实验在硅谷开启。该技术利用激光从一个地方发射到另外一个地方,不过这个办法有太多需要面对的困难。PowerBeam说低的激光电力密度和一些列的保护措施保证了人们可以在规则允许的情况下不受辐射。

有这么多的公司在为无线电而努力,还要有多久才能有答案?根据Forrester的顾问Charles Golvin,需要考虑的其中一个重要的部分就是让制造商们放弃划算的产线经济。他说,很多手机制造商们利用他们专用充电器来留住顾客,于是人们更可能去买那些在他们家里或者在办公室,车里已经有的充电器。这个可能会导致他们不愿意去使用常用的无线充电器标准。不过Colvin先生认为强烈的建议可能会使无线业务需要更长的普及时间。

山顶和海槽

市场调查公司Gartner的Stephan Ohr认为对无线充电器的展望具有现实意义,不过广泛传播的路途可能不像行业所预期的那么容易。为了流行起来新技术一般都会经过一个“期望过大”的阶段,不过以没有获得关注告终。在通过了“沮丧的海槽”,在期望回到比较合理的水平之后,才会被大众所接受。而谈到无线电充电器的时候,Ohr先生认为大概需要3到5年的时间。

不过现在比较重要的是什么时候,而不是是否,无线电充电器会成为主流。而如果真的到了沮丧的海槽为他们自己寻找出路的时候,或许他们可以从法拉第那里得到鼓励。他注意到“没有任何事情因为太奇妙而不能成真,如果他已经遵守了自然的法则。”甚至利用无线电充电的iPhone。

无线充电技术市场前景分析

Strategy Analytics 手机元器件技术服务发布最新研究报告“结合使用快速充电技术,无线充电市场规模潜力将翻四倍”。 报告指出,两种新手机技术“无线充电”和“超级电容器”的兴起,将有可能在改进手机充电体验上提供非常大的市场规模潜力。如果结合使用这两种技术,且定价适宜的话, 到2014年,22%的售出手机将会采用无线快速充电解决方案。分析认为,Palm Pre 的无线充电解决方案价格太高,在没有结合使用超级电容器的情况下,为用户带来的收益很小。结合使用超级电容器和无线充电技术,便能形成优质解决方案,以解决很多手机用户都在经历的越来越严重的电池能源缺口问题。

Strategy Analytics 手机元器件技术服务总监,本报告作者 Stuart Robinson 评论道:“Strategy Analytics预测,无线充电解决方案的价格到2014年将下降至15美元左右;如果结合使用超级电容器用以快速充电,将会大大提升无线充电的用户价值。”

Strategy Analytics 战略技术副总裁 Stephen Entwistle 补充道:“超级电容器已经出现多年,只是现在才被引进到手机中,主要用于照相机闪光应用中,其短时间内提供高功率的能力非常理想。Strategy Analytics 认为,这项技术日臻成熟,正好成为无线充电器的补充技术。”

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