无线充电

尼古拉-特斯拉在1893年芝加哥世界博览会期间做了一个演示，这也许应被视为无线能量转换的最著名范例。他可以利用高频电场点亮一个电灯泡。当沃登克里弗塔（300千伏）于长岛建成之后，特斯拉进一步细化了基于磁感应进行无线充电的构想。不幸的是，由于多种原因这一项目没有成功。

为什么无线能量转化现在仍然具有重要意义呢？

过去2-3年中由于智能电话使用者行为的显著变化，这一课题成为一个巨大的推动力量。巨屏显示、快速处理器、高数据量、社会网络、邮件和聊天以及庞大数量的应用导致很高的能量消耗，因此要求人们每天为装置充电。

 

对于用户有哪些吸引力？

无线充电可以解决若干问题，并提供前所未有的机遇

• 在公共场所充电（餐馆、机场、影院……）
• 与连接器没有匹配问题
• 省去凌乱的电缆
• 便捷的充电方式；还可以在汽车里充电
• 安全性； 没有外露接触点（防爆炸控制、玩具）
• 在恶劣的环境（潮湿、尘土）中没有机械磨损以及更高的可靠性

 

成功传播技术的条件是什么？

无线充电的主要成功因素是建立和保持技术标准。这是确保用户能够为其装置安全、可靠充电且不依赖制造商的唯一方式，可适用于所有可用的充电地点。

 

无线能量转换的主要应用领域是什么？

A. 电池充电装置

<20W消费终端目前正在推动该技术的发展。未来，具有更高性能的装置将会提供更加舒适的无线充电方式。

B. 包封装置的直接供电

洗碗机、搅拌机和咖啡冲泡机等厨房设备可以采用无线电源供电。
例如在工业中，槽罐中的泵可以直接操作，无须钻孔输入导线。

关于无线充电还有那些不同技术？

目前，基于电磁技术的标准解决方案有三种不同方式。

A. 强耦合 - 无线充电联盟（2008年后称为WPC）

• 利用感应耦合在短距离内转换能量（毫米范围）
• 发射器（Tx）和接收器（Rx）线圈属于感应耦合线圈
• 在发射器和接收器线圈之间的较小区域内磁场是固定的
• 每一个接收器都需要其自己的发射器
• 不同的功率等级（5W、20W，正在计划提高到2.5kW）
• 频率范围100-205kHz
• 线圈形态：在铁氧体上缠绕或者在电路板上印刷
• 目前市场上最成熟的解决方案
• 世界范围内共有170个许可装置，1500万件

 

B. 松耦合（磁共振） - 无线电源联盟（2012年后称为A4WP）

• 磁反应的充电概念
• z方向的更大距离（50毫米），没有必要为接收器精确定位
• 发射器能够同时为多个接收器充电
• 针对智能电话和平板电脑计划的电源分类，目前仍然为22w
• 频率范围：能量6.78MHz（ISM），数据2.4GHz（蓝牙）
• 与A或者C不匹配

C. 无线充电联盟 - Powermat

• 技术上类似于A
• 与A或者B不匹配

 

D. 村田电容

• 本解决方案基本上可以被视为分离一个平板电容器，即发射器中的平板和接收器中的另外一个平板。
• 如果希望有效充电，两个平板之间的充电必须在千伏范围内进行。
• 因此，发射器和接收器中需要有大型变压器。
• 发射器能够同时提供多个接收器。
• 目前具有输出为10w的解决方案。
• 该解决方案的优点为自行产生的热量较少，具有电磁兼容性中性行为。
• 不足：针对转换产生高压的安全问题。

 

市场细分

大容量交流技术（智能手机）正在推动市场。主要优点是，技术解决方案将具有价格优势，并且可以大量供应市场。

这意味着其他应用（医药、工业、安全……）使用该技术也具有较高可行性，即可以适应各自需求。

 

哪些市场细分能够提供无线能量转换呢？

一般来说 - 无线充电可以为不同行业的多种应用提供解决方案。电池驱动的装置仅是其中一种可能。尤其在恶劣或者易爆环境条件或者无菌应用的区域中，无线能量转换可以提供更多安全、轻松使用和较好可靠性。

 

医疗技术

在医疗应用的区域内，可以针对包封的应用进行无线能量转换，不仅容易清洗也容易消毒。与传统金属接触面不同，该技术的优势是有关接触面不会受到腐蚀性清洗剂或者洗涤剂的损害。几乎不存在死角。

另外一个区域是必须由能量驱动的植入物（即听力辅助工具）。

 

工业应用

无线充电可以提供巨大便利，尤其针对工业应用。

在某些区域中，一些装置必须面对肮脏或者腐蚀性液体，但通过无线转换就能够确保更高可靠性和安全性。此外还可以省去高机械性的线路负荷。在潮湿或者充满尘土的环境中，装置可以完全被包封（没有暴露的接触面）。由此可以增加可靠性和安全性。这一范围小到电池驱动的工具，大到泵装置或者更大机器的电源。未来可定需要超过目前标准的线圈解决方案或者功率等级。

在与安全相关的应用中，无线能源转化可以解决打火花问题。在潮湿环境中可以避免不希望看到的电荷风险。

必须严肃对待包罗万象的电动操作玩具。接触面缺失、电池箱和电线都会对儿童造成危险。

通过充分包封装置可以避免意外或者违规开启装置。

 

家具/办公室、餐馆设施

a）最高输出20w

在公共场所为智能化电话和平板电脑提供无线充电。办公室、酒店、餐馆、机场……的家具也将配备无线充电设施。

b）最高输出2.5kW

在<20w的功率类别中还有其他选项，可用于厨房区域2.5kW输出整合。烤面包机、咖啡冲泡机、搅拌机、电饭煲和智能灶具可以无须电缆供电。

目前，国际充电联盟为该市场制定了各项规格。首批产品预计将在2014年上市。

 

机动车中的应用

乘客在机动车中为其装置充电的设想正在加速。丰田已经推出了一款汽车（Avalon），可以搭载刚刚出炉的Qi充电装置。

尤其在汽车中使用消费电子设备将会在这一领域对于能源产生更高需求。除了标准使用之外，能源可以用于蓝牙和蓝芽耳机麦克风的连接。开车时通常使用智能电话的导航功能，该功能比较耗电。

另外，汽车旅行中可以正好趁此机会为智能电话充电。正因为如此，无线充电在这一方面是一个便利的解决方案。

 

作为消费电子装置的辐射设备

除了制造商提供的原始设备之外，智能电话和平板电脑等还为第三方供应商提供了各种机遇，可以为此提供充电站服务。

 

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