無線充電器

1、相關(guān)報道

　　英國一家公司發(fā)明了一種新型無線充電器，它看上去就像一塊塑料鼠標(biāo)墊，將手機等放在墊上就能充電，并能同時給多個設(shè)備充電。

　　據(jù)英國《新科學(xué)家》雜志報道，這個“鼠標(biāo)墊”里裝有密集的小型線圈陣列，可產(chǎn)生磁場，將能量傳輸給裝有專用接收線圈的電子設(shè)備，進行充電。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30年代，邁克爾·法拉第就發(fā)現(xiàn)，周圍磁場的變化將在電線中產(chǎn)生電流。19世紀90年代，塞爾維亞裔科學(xué)家尼古拉·特斯拉就申請了最初的一個專利。

　　但遺憾的是，這方面的研究延遲了一個世紀。最大的障礙是傳輸效率太低又存在危險。電磁輻射只適合傳送信息，并不適合傳送能量。因為輻射無定向性可言，能量將會浪費在無用的空間中。有人設(shè)想使用定向電磁輻射，比如激光，但其可操作性不強且極具危險性。

　　香港城市大學(xué)電子工程學(xué)系許樹源教授在早幾年曾成功研制出“無線電池充電平臺”，可將數(shù)個電子產(chǎn)品放在一個充電平臺上，不需外接電線，透過低頻電磁場自動充電，充電時間與傳統(tǒng)充電器無異。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電磁耦合原理。

　　美國麻省理工學(xué)院的研究人員在無線傳輸電力方面取得了新進展，他們用兩米外的一個電源，“隔地”點亮了一盞60瓦的燈泡

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

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

3、工作原理

　　物理學(xué)家早就知道，在兩個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震碎，而不影響其他瓶子就是這個道理。這也好比我們蕩秋千時，只需坐在上面讓下垂的雙腿同步擺動就能給秋千帶來動力一樣。

　　無線充電技術(shù)正是利用了這個原理。同樣，無線充電技術(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)的線圈來發(fā)送和接收產(chǎn)生感應(yīng)的交流信號來進行充電的的一項技術(shù)，用戶只需要將充電設(shè)備放在一個“平板”上即可進行充電，這樣的充電方式過去曾經(jīng)出現(xiàn)在手表和剃須刀上，但是當(dāng)時無法針對大容量鋰離子電池進行有效充電。無線充電器技術(shù)原理構(gòu)圖如圖所示

　　最初由英國一家公司發(fā)明了一種新型無線充電器，它看上去就像一塊塑料鼠標(biāo)墊，這個“鼠標(biāo)墊”里裝有密集的小型線圈陣列，因此可產(chǎn)生磁場，將能量傳輸給裝有專用接收線圈的電子設(shè)備，從而進行充電。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。將手機等放在墊上就能充電，并能同時給多個設(shè)備充電。

　　充電技術(shù)此前已經(jīng)出現(xiàn)，但這項新發(fā)明更為方便實用。手機等設(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。幾個設(shè)備同時放在墊子上，可以同時進行充電。充電器產(chǎn)生的磁場很弱，能夠給設(shè)備充電但不會影響附近的信用卡、錄像帶等利用磁性記錄數(shù)據(jù)的物品。

　　無線充電系統(tǒng)主要采用電磁感應(yīng)原理，通過線圈進行能量耦合實現(xiàn)能量的傳遞。如圖所示，系統(tǒng)工作時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)過電源管理模塊后輸出的直流電通過2M有源晶振逆變轉(zhuǎn)換成高頻交流電供給初級繞組。通過2個電感線圈耦合能量，次級線圈輸出的電流經(jīng)接受轉(zhuǎn)換電路變化成直流電為電池充電。

　　變化的磁場會產(chǎn)生變化的電場，變化的電場會產(chǎn)生變化的磁場，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)部變化的磁場產(chǎn)生感應(yīng)電壓，從而完成充電過程。

　　手機無線充是比較新穎的充電方式，其原理其實很簡單，就是將普通的變壓器主次級分開來達到無線的目的。當(dāng)然，無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到能量傳遞的作用。

4、主要特點

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

　　2、無線充電技術(shù)利用磁共振在充電器與設(shè)備之間的電場和磁場中傳輸電能，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)可以在未來得到廣泛應(yīng)用，例如針對電動汽車的充電區(qū)以及針對電腦芯片的電量傳輸。采用這項技術(shù)研制的充電系統(tǒng)所需要的充電時間只有當(dāng)前的一百五十分之一

　　4、轉(zhuǎn)化率一直是很多人擔(dān)心的問題，麻省理工學(xué)院通過研究表明，無線充電技術(shù)的損耗比起有線充電技術(shù)來說更高。無線充電轉(zhuǎn)化率比起有線要高幾個百分點。高轉(zhuǎn)化，也是無線充電器得以在全球進行應(yīng)用的關(guān)鍵因素。但無線充電技術(shù)也受到距離的限制，未來發(fā)展，必然需要解決遠距離傳送對于波段和磁場范圍的精準定位問題。

　　5、核心芯片是無線充電技術(shù)在產(chǎn)品應(yīng)用的難點之一。精準輻射范圍控制，磁場頻率大小，其它控制等都是由芯片實現(xiàn)。

5、相關(guān)問題

　　市場應(yīng)用發(fā)展瓶頸

　　1.核心無線充電技術(shù)不完善；

　　2.輻射區(qū)域難以實現(xiàn)遠距離傳輸；

　　3.長距離定位對硬件的要求太高；

　　4.磁場共振高度匹配可控制小；

　　5.應(yīng)用范圍局限，沒有得到延伸；

　　6.市場因素與消費者心理導(dǎo)致開發(fā)商不愿意大力進行技術(shù)研發(fā)。

輻射

　　麻省理工學(xué)院的研究人員表示，身體對電場的反應(yīng)很強，但身體對磁場的反應(yīng)則幾乎沒有，因此這一系統(tǒng)不會影響人體健康。不過，這還只是一種推測，有研究人員對此觀點表示擔(dān)心，在真正應(yīng)用于生活前，還需要進一步進行試驗。

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

端口統(tǒng)一

　　為避免不必要的浪費和產(chǎn)生更多的電子垃圾，中國正在執(zhí)行手機充電器端口統(tǒng)一標(biāo)準化。但對于無線充電技術(shù)來說，這一點將會得到最大程度的普及：不但手機可以使用，數(shù)碼相機、iPhone和iPad、筆記本也都可以一同分享這種充電設(shè)備。日本富士通甚至準備推出一個更為高級的技術(shù)，將這種成功從便攜式電子產(chǎn)品擴大到電動汽車充電中。富士通公司此舉最終目的是在街頭設(shè)置公用“充電點”，可以為便攜數(shù)碼設(shè)備以及電動汽車用戶實現(xiàn)更方便地24小時全天候充電服務(wù)。除此之外無線充電器更聰明可節(jié)省耗能。雖然無線充電設(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關(guān)閉功能，避免了不必要的能耗。而且這個效能接收率在不斷提高。

　　手機將內(nèi)置充電接受器，并統(tǒng)一無線充電標(biāo)準

　　要實現(xiàn)手機等產(chǎn)品的無線充電，必須有兩個部分：發(fā)射器，與電源連接，負責(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。無線充電技術(shù)已經(jīng)開始在手機產(chǎn)品中運用了，以iPhone手機為例，無線充電生產(chǎn)商為使其可具備無線充電功能，則對其進行了改裝，安裝了一種類似“蘋果皮”的“衣服”。作為無線充電接收器，它是以增加手機充電外殼的形式出現(xiàn)，但相關(guān)改造產(chǎn)品中國或?qū)⒖梢酝瞥?。這個外殼被稱為“Qi門”，它支持iPhone與黑莓手機，用戶不需更換手機可搶先體驗這一功能。在2013年初，無線充電接收器會充分“瘦身”，成為手機產(chǎn)品中內(nèi)置的無線充電接收芯片，只有指甲蓋那么大。諾基亞、飛利浦、LG、三星、索尼愛立信、iPhone、HTC、谷歌、中興、Sharp以及RIM等眾多國際知名手機廠商都很支持這一技術(shù)，無線充電器也有可能會與手機一起捆綁進行銷售。

　　手機無線充電關(guān)鍵在于兼容性，Qi標(biāo)準可確保品牌兼容

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

　　已有廠商推出Qi標(biāo)準無線充電產(chǎn)品，市場廣泛

　　全球最大的電池和便攜式照明設(shè)備商Energizer（勁量）表示將會很快推出支持Qi標(biāo)準的無線充電器產(chǎn)品，并首先為蘋果iPhone3GS和黑莓BlackberryCurve8900用戶帶來無線充電的全新體驗。同時市場調(diào)研公司iSuppli提供的數(shù)據(jù)顯示，無線充電設(shè)備市場在2013年將達到140億美元的規(guī)模。飛利浦已經(jīng)開始生產(chǎn)含有無線充電設(shè)置新型手機了。飛利浦X723手機已經(jīng)現(xiàn)身，其采是3.2英寸240X400屏幕，帶GPS和300萬像素攝像頭。可喜的是，該機將標(biāo)配無線充電器XeniumQ1（Qi無線充電聯(lián)盟標(biāo)準），但具體上市時間和價格目前尚未透露。

接收天線

　　盡管本文重點介紹充電器，順便也概略介紹下接收天線。因為這類無線充電裝置本質(zhì)是一個變壓器，初級裝在充電器中，次級裝在終端中。

　　因為與充電器不配套的接收天線會引起充電電路中電流的波動，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空心線圈，則附近金屬器物靠近時，會導(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)分為有機磁性材料和無機磁性材料兩大類。

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