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關(guān)于無線充電原理及最新充電技術(shù)的分析介紹

貿(mào)澤電子 ? 來源:djl ? 2019-08-22 11:19 ? 次閱讀

每次要幫手機(jī)、電腦,或者其他各種電器充電時,總是要接一條充電線,充電線一多,還常常接錯,實在非常麻煩。幸好,現(xiàn)在愈來愈多的電子產(chǎn)品,開始使用無線充電的技術(shù)了!只要優(yōu)雅的將手機(jī)放在一個小小的、像杯墊一樣的東西上面,不必接線就能輕松充電,這么厲害的科技背后有什么原理呢?讓我們一起來探究其中奧妙。

電與磁的交互作用

一般見到的無線充電,運(yùn)用的是電流磁效應(yīng)和電磁感應(yīng)的原理。1819 年,丹麥科學(xué)家厄斯特觀察到一段導(dǎo)線上如果通有電流,四周將會產(chǎn)生磁場,可以讓指北針偏轉(zhuǎn)。后人則進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),將導(dǎo)線圍成環(huán)狀,甚至繞成線圈,產(chǎn)生的磁場將會更強(qiáng)、更集中,這稱為電流磁效應(yīng)。

至于電磁感應(yīng),則是在 1831 年由法拉第發(fā)現(xiàn)的。讓一塊磁鐵或其他的磁場來源靠近一段沒有電流的線圈,線圈上就會產(chǎn)生感應(yīng)電流,稱為電磁感應(yīng)。值得注意的是,電磁感應(yīng)的成立要點是磁場要有變化,例如磁鐵愈來愈靠近 (愈來愈遠(yuǎn)離其實也可以)。外加磁場若是一直保持不變,是不會有感應(yīng)電流的。

關(guān)于無線充電原理及最新充電技術(shù)的分析介紹

總而言之,電流磁效應(yīng)就是電流的流動在四周產(chǎn)生磁場,電磁感應(yīng)則是不斷變化的外加磁場使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流。

利用電磁感應(yīng)來充電

這兩種物理現(xiàn)象同時運(yùn)用,就可以進(jìn)行無線充電。目前的無線充電設(shè)備,都包含一個充電座,里面其實正是線圈。將充電座接到家用插頭后,線圈周圍會因為電流磁效應(yīng)而產(chǎn)生磁場。要充電的電子產(chǎn)品,里面也都有一個線圈,當(dāng)它靠近充電座時,充電座的磁場將透過電磁感應(yīng),在電子產(chǎn)品的線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流導(dǎo)引到電池,就完成了充電座和電子產(chǎn)品間的無線充電。

你可能會問,磁場不是要改變才能有電磁感應(yīng)嗎?可是充電座與充電的對象距離卻始終保持不變,這樣為何會有電磁感應(yīng)呢?原來,家用插座中流出的電是交流電,也就是說電流的方向不斷的交替變化,一會兒順著流,一會兒反著流。正因為如此,充電座線圈產(chǎn)生的磁場隨之不斷在變換方向,并非保持不變,符合電磁感應(yīng)的要件。

近來愈來愈多智慧型手機(jī)、平板電腦開始提供無線充電的功能,但是不幸的是,它們充電的時候,只要離充電座的距離稍遠(yuǎn)一些,充電效率就會明顯下降。即便是最新的技術(shù),充電距離也不能超過5公分,事實上,目前絕大部分可以無線充電的行動裝置,都是要完全平放在充電座上才能進(jìn)行,和想像中隨走隨充的無線充電仍有點差別。

利用共振拉長充電距離

為了增加無線充電的距離與充電效率,科學(xué)家正在設(shè)法利用磁共振的原理進(jìn)行無線充電。在電路中加入一些電容、電感等特殊的元件,適當(dāng)連接后,會形成諧振電路。這就好像樂器行一定會有的調(diào)音工具──音叉一樣。輕敲音叉一次,它可以持續(xù)振動一段時間,同樣的,對諧振電路短暫通電,電路中也會產(chǎn)生維持 一段時間的訊號。

音叉具有共振這種有趣的物理性質(zhì)。每支音叉都有自己的發(fā)聲頻率,當(dāng)一支音叉振動發(fā)聲時,若附近有另一支發(fā)聲頻率相同的音叉,即使它沒有直接受到敲擊,也會跟著振動。音叉的共振可以說達(dá)成了能量的傳遞。諧振電路也可以共振,兩個振動頻率相同的諧振電路放在一起,其中一個開始因為通電而振蕩時,另一個電路也會跟著振蕩起來,自動產(chǎn)生電流,電能就這樣被隔空傳送了。這樣的現(xiàn)象稱為磁共振,用來進(jìn)行無線充電,可以讓充電距離達(dá)到數(shù)公尺,效率也有所提升。唯一的困難就是,要將兩個電路調(diào)整到一模一樣的頻率,并且維持一段時間,并不是容易的事。

除了磁共振之外,也有科學(xué)家嘗試借由雷射光的光能來充電,甚至是將電能透過和家用的 Wifi 網(wǎng)路相近的電波頻段來傳送。希望這些技術(shù)的突破,能讓我們未來在充電時更加方便!

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以蘋果、三星、中興通訊等為代表的企業(yè)在消費電子、電動汽車領(lǐng)域?qū)o線充電的實踐應(yīng)用將加速千億市場開啟。日前,有媒體報道稱,雖然此前iphone7擁有無線充電功能的預(yù)言沒有實現(xiàn),但2017年的蘋果新機(jī)將大概率擁有無線充電功能,與此同時,根據(jù)目前企業(yè)布局無線充電的情況來看,2017年無線充電不僅在消費電子領(lǐng)域有所突破,在國內(nèi)電動汽車領(lǐng)域,無線充電也將迎來較大發(fā)展契機(jī)。無線充電前景無限,那么一起來盤點一下無線充電新技術(shù)吧!

1、超聲波無線充電:有效范圍接近5米

一家名叫uBeam的公司發(fā)明了一種全新的無線充電模式,可以利用超聲波將電力隔空輸送到15英尺(約合4.6米)外的地方。有了這樣的產(chǎn)品,只要使用專用的無線充電套,你就可以在充電的同時拿著手機(jī)在屋里走動。盡管uBeam的原型產(chǎn)品還比較笨重,但該公司正在努力縮小體積,盡快推向市場。據(jù)悉,已經(jīng)有多家公司希望與uBeam達(dá)成戰(zhàn)略合作,為顧客提供這種無線隔空充電服務(wù),以便吸引更大客流,包括星巴克、維珍航空、喜達(dá)屋酒店以及多家快餐連鎖。除此之外,uBeam還與蘋果和三星等硬件廠商展開了溝通。

風(fēng)險投資家似乎也從中看到了機(jī)會:知情人士表示,該公司希望尋求總額5000萬美元的B輪融資,估值有可能達(dá)到或超過5億美元。但uBeam拒絕對此置評。該公司去年10月獲得了由Upfront Ventures領(lǐng)投的1000萬美元A輪融資,之前還曾獲得了Andreessen Horowitz和Founders Fund等公司的320萬美元種子投資。之前有很多公司都嘗試過真正的無線充電,但多數(shù)都以失敗告終,最終只實現(xiàn)了磁共振充電。這種模式必須將設(shè)備靠近發(fā)射器,甚至直接與發(fā)射器接觸,所以并沒有較插電式充電實現(xiàn)重大突破。

uBeam早期原型機(jī)

然而,眾多大牌投資者的背書表明,uBeam的無線充電模式可能具備巨大潛力。具體而言,uBeam使用的是超聲傳導(dǎo)技術(shù),發(fā)射器通過插座或建筑物的電力系統(tǒng)取電,然后將其轉(zhuǎn)換成超聲波,再將震動發(fā)射到內(nèi)置接收器的設(shè)備——例如配備無線充電套的手機(jī),接收器之后負(fù)責(zé)將超聲波震動轉(zhuǎn)換成電力,為移動設(shè)備充電。

uBeam表示,這種模式的充電速度與直接使用傳統(tǒng)電源類似。

這種超聲波隔空充電方式有幾大優(yōu)勢。首先,這種技術(shù)非常安全,它使用的超聲波與監(jiān)測胎兒時使用的超聲波類似。另外,接收器的價格也很便宜,大約只需50美元,甚至更低,而且體積小巧。不僅如此,這些超聲波還可以用于傳輸數(shù)據(jù),因此uBeam還可以在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)揮作用。

但最吸引普通用戶的還在于,該種技術(shù)的有效范圍大約為15英尺,對移動中的設(shè)備同樣有效。雖然智能手機(jī)已經(jīng)在體積和性能上實現(xiàn)了重大進(jìn)步,但電池續(xù)航能力仍未得到太大改觀,這不僅有損了用戶體驗,還阻礙了整個移動經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此,uBeam的技術(shù)可能對整個行業(yè)形成促進(jìn)。蘋果和三星等科技巨頭都在努力解決充電問題,但卻遲遲未有進(jìn)展。因此,他們有可能洽購uBeam。由于uBeam持有多項重要的無線充電專利,這些巨頭可能會溢價收購該公司,避免重要技術(shù)落入競爭對手之手.

從長期來看,倘若uBeam的無線充電協(xié)議果真實現(xiàn)應(yīng)有的潛力,意味著電線將會逐漸消失。不僅是手機(jī),其他各類用電設(shè)備也都將使用這種技術(shù)。需要明確的是,uBeam仍在克服一些嚴(yán)峻的技術(shù)挑戰(zhàn),最終的產(chǎn)品可能無法在價格、功率、速度和安全方面達(dá)到預(yù)期。不過,倘若真能實現(xiàn)市場預(yù)期,便會成為一項革命性的技術(shù),這也正是投資者夢寐以求的結(jié)果。

2、無線充電新技術(shù):微軟擬利用聚焦光線來充電

如果你的智能手機(jī)在白天就出現(xiàn)了電量耗盡的情況,一般人們都會感到煩惱,大多數(shù)人的解決方法就是嘗試記住在晚上要為他們的設(shè)備充電。即使是這樣 做,有時也不夠人們?nèi)粘J褂?,全天充電有時是很有必要的,為此微軟研究院已經(jīng)制定出了一個潛在的解決方案:AutoCharge。

微軟研究人員們描述AutoCharge是一種自動定位桌子上的智能手機(jī),并為它們充電的技術(shù)。他們制造的原型充電器可以被安裝在天花板上,有兩個工作模塊:一個監(jiān)測模塊,其采用的是微軟的Kinect攝像頭,可以掃描像智能手機(jī)樣子的物體;另一個是充電模式,采用了UltraFire CREE XM-L T6來聚焦LED光線。

關(guān)于無線充電原理及最新充電技術(shù)的分析介紹

該AutoCharge系統(tǒng)采用了基于圖像處理來監(jiān)測和追蹤桌上的智能手機(jī),并自動為智能手機(jī)充電。充電器會不斷地旋轉(zhuǎn),直到它檢測到一個看起來像智能手機(jī)的物體,之后將使用太陽能發(fā)電技術(shù)所產(chǎn)生的光束為智能手機(jī)遠(yuǎn)程充電。換句話說,就是無需電線。

AutoCharge通過藍(lán)牙或手機(jī)上的LED和智能手機(jī)建立連接。這確保了當(dāng)電池充滿電以后可以停止充電,以及確保那些大小和形狀與智能手機(jī)類似的物體不能被充電。該系統(tǒng)在識別到有物體出現(xiàn)在了它和智能手機(jī)之間,對充電造成干擾時,還可以在50毫秒內(nèi)自動關(guān)閉。

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