無線充電：在哪里和怎么充電？

　　摘要：本文將重點(diǎn)討論已提出的不同無線充電協(xié)議，它們的優(yōu)勢(shì)以及無線充電在哪兒獲得了最佳市場(chǎng)關(guān)注。

　　無線充電使消費(fèi)者不用電線就能為其便攜式設(shè)備充電。電信運(yùn)營(yíng)商和手機(jī)制造商都在采用這種技術(shù)。在汽車中，無線充電可能是無線技術(shù)的最后一部分，最終能將重要的智能手機(jī)應(yīng)用集成到汽車中。但一些企業(yè)爭(zhēng)相建立標(biāo)準(zhǔn)，包括高通、三星、英特爾、Powermat、諾基亞，Docomo以及其他許多公司。 本文將重點(diǎn)討論已提出的不同無線充電協(xié)議，它們的優(yōu)勢(shì)以及無線充電在哪兒獲得了最佳市場(chǎng)關(guān)注。

　　無線充電并不是一個(gè)新的概念，也不是一項(xiàng)新技術(shù)，但最近推出的帶無線充電功能的新智能手機(jī)越來越以此為賣點(diǎn)，如新的諾基亞Lumia 920或LG Nexus 4。Palm早在4年前就已發(fā)售內(nèi)置無線充電功能的Pre手機(jī);但自那以后，Palm便從這個(gè)市場(chǎng)中消失了。Powermat多年來一直在美國向黑莓或iPhone發(fā)售無線充電配件系統(tǒng)。 我們?cè)S多人家里有無線充電的電子牙刷。那么什么使無線充電更頻繁地出現(xiàn)在新標(biāo)題中?無線充電標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)出現(xiàn);實(shí)際上出現(xiàn)了幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，我們將在后面看到。

　　隨著無線充電標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，市場(chǎng)分析師預(yù)測(cè)該市場(chǎng)將快速增長(zhǎng)。ABI、IHS iSuppli以及InStat的分析師們?cè)诟髯缘?010年報(bào)告中都預(yù)測(cè)，該市場(chǎng)將于2012年啟動(dòng)，2014年的發(fā)貨量將迅速達(dá)到數(shù)億件。最近的報(bào)告，如IHS IMS Research 公司最近公布的一份報(bào)告，認(rèn)為 2015 年帶無線電源的設(shè)備發(fā)貨量將超過1億件，2016年市場(chǎng)價(jià)值將高達(dá)50億美元^[1]?，F(xiàn)在看來，分析師在 2010 年過于樂觀，低估了標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)、認(rèn)證流程就緒以及市場(chǎng)接受所需要的時(shí)間。 但有一點(diǎn)沒有改變，那就是智能手機(jī)、平板電腦和其他消費(fèi)電子設(shè)備大量采用無線充電的長(zhǎng)期愿景。市場(chǎng)分析師已經(jīng)把他們的“hockey-stick(曲棍球棒)”式的市場(chǎng)增長(zhǎng)率預(yù)測(cè)改為三年左右，但并沒有改變其長(zhǎng)期樂觀的觀點(diǎn)。

　　2012 年 9 月，Wireless Power Consortium(無線充電聯(lián)盟，WPC)宣布，按照Qi WPC標(biāo)準(zhǔn)集成了無線充電功能的智能手機(jī)已發(fā)貨850萬臺(tái)。在手機(jī)內(nèi)部集成了無線充電電路后，無線充電的采用率將大幅增加。不必像以前一樣添加一個(gè)特殊的套殼或后門，現(xiàn)在無線充電電路可作為一個(gè)內(nèi)置功能集成到手機(jī)中。諾基亞Lumia 920或LG Nexus 4等新手機(jī)就是這種新發(fā)展趨勢(shì)的很好示例。 對(duì)于消費(fèi)者來說，這種集成顯著降低了此功能的成本，并且不會(huì)增加任何與售后市場(chǎng)的后門或套殼相關(guān)的厚度。手機(jī)制造商也將與這些手機(jī)一起配套供應(yīng)簡(jiǎn)單、低成本的無線充電墊，提供開包即用的簡(jiǎn)易體驗(yàn)。智能手機(jī)將推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的增長(zhǎng)，而且是無線充電組件數(shù)量最大的市場(chǎng)。

　　智能手機(jī)大規(guī)模采用無線充電也將帶動(dòng)大量的配套產(chǎn)品，如 JBL 或TDK產(chǎn)品等無線音頻揚(yáng)聲器^[3]。這些無線充電揚(yáng)聲器集成了三種互補(bǔ)的無線技術(shù)：藍(lán)牙(從手機(jī)接收音頻文件)，NFC(藍(lán)牙自動(dòng)配對(duì))和無線充電(保持手機(jī)充電)。 這種整合提供了全新的用戶體驗(yàn)：音頻自動(dòng)從手機(jī)傳輸?shù)綋P(yáng)聲器，無需硬件連接，無需配對(duì)機(jī)制，只需把手機(jī)放在揚(yáng)聲器頂部便可。其他配件包括，已經(jīng)推出的無線充電藍(lán)牙耳機(jī);PC無線充電鼠標(biāo);或內(nèi)置了無線充電站的床頭鬧鐘。內(nèi)置了無線充電功能的移動(dòng)設(shè)備和消費(fèi)電子產(chǎn)品劇增，將推動(dòng)建立公共和私人充電站的基礎(chǔ)設(shè)施。我們開始看到無線充電器安裝在機(jī)場(chǎng)休息室、咖啡店和酒店里，很快在公共交通和私家車中也會(huì)擁有無線充電器。在未來的汽車中，汽車中央控制臺(tái)中將內(nèi)置一個(gè)手機(jī)無線充電器。將手機(jī)放在控制臺(tái)頂部，就會(huì)充電，會(huì)自動(dòng)連接到汽車藍(lán)牙無線電以及屋頂蜂窩和GPS天線，獲得更好的通信，同時(shí)手機(jī)應(yīng)用和媒體文件被傳輸?shù)狡囆畔蕵凤@示屏。整合這些無線技術(shù)將把最先進(jìn)的智能手機(jī)應(yīng)用融入到您的駕駛體驗(yàn)中。

　　所有的無線充電系統(tǒng)都使用磁場(chǎng)線圈感應(yīng)電流的基本原理。 有時(shí)稱為磁感應(yīng)或磁共振，這些系統(tǒng)中的一些差異在于發(fā)送和接收線圈之間的耦合系數(shù)。耦合系數(shù)高的系統(tǒng)意味著兩個(gè)線圈應(yīng)該是緊貼的，比較一致。 某些系統(tǒng)耦合系數(shù)較低，支持把接收器放在距離發(fā)射器較遠(yuǎn)的位置，還可更自由地放置接收器。

　　無線充電聯(lián)盟(WPC)^[4]于2009年成立，創(chuàng)建了無線充電標(biāo)準(zhǔn) Qi。三年后，WPC已擁有 120 多名成員以及同樣多的認(rèn)證產(chǎn)品，這種發(fā)展?fàn)顩r有利于實(shí)現(xiàn)其最初目標(biāo)。 WPC 指定發(fā)射器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確保與現(xiàn)有的WPC接收器產(chǎn)品向后兼容。發(fā)射器可以使用一個(gè)或多個(gè)線圈;在后一種情況下，可以同時(shí)使用一個(gè)或多個(gè)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。第一個(gè)發(fā)射器拓?fù)涫褂镁o密的磁感應(yīng)耦合，依靠使用幾個(gè)(3?8個(gè))線圈來支持X和Y的空間自由。發(fā)射器和接收器之間的距離 Z 通常為5毫米。近來，WPC已經(jīng)提供了一個(gè)新的發(fā)射器類型，Z空間自由度為5厘米，使用自適應(yīng)磁共振原理，同時(shí)與現(xiàn)有的WPC感應(yīng)耦合接收器保持向后兼容?！　?/p>

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　　另一個(gè)無線充電標(biāo)準(zhǔn)是Alliance for Wireless Power(A4WP)，成立于2012年，建議磁共振無線充電系統(tǒng)使用6.78MHz 的ISM頻段來產(chǎn)生磁場(chǎng)。A4WP 與 WPC不同，不支持緊密感應(yīng)耦合機(jī)制。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)顯著區(qū)別是使用的頻率不同：WPC 使用 100 至 205 kHz，A4WP 使用 6.78 MHz。值得一提的是，其他公司或企業(yè)聯(lián)盟也正在使用 ISM 頻段進(jìn)行無線電源傳輸。例如，英特爾已經(jīng)展示了筆記本電腦和手機(jī)之間的無線電源(使用13.56 MHz)原型。EUROBALISE共同體已經(jīng)指定了火車和地面軌道上固定應(yīng)答器之間的無線充電系統(tǒng)，使用頻率為27 MHz。

　　需要注意的是，只有WPC、A4WP以及次要的Eurobalise是基于聯(lián)盟的開放的無線充電標(biāo)準(zhǔn)。WiTricity 或英特爾等其他系統(tǒng)有專門的無線充電標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)像其他標(biāo)準(zhǔn)一樣獲得業(yè)內(nèi)公司的廣泛支持。Powermat 最近成立了一個(gè)名為 Power Matter Alliance(充電聯(lián)盟)的新聯(lián)盟，試圖使自己的無線電源技術(shù)成為另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。談?wù)撨@一舉措將會(huì)有多成功還為時(shí)尚早。表1中值得一提的是，使用ISM MHz頻段的無線充電系統(tǒng)需要依靠不同的頻段進(jìn)行電力傳輸和通信。這是肯定的，因?yàn)镮SM頻段很窄，而且?guī)獍l(fā)射要求很嚴(yán)。其他需要提及的還有這些技術(shù)能否提供三維空間自由度來根據(jù)發(fā)射器的位置放置接收器。作為一個(gè)緊耦合系統(tǒng)啟用的 WPC，正在創(chuàng)建一個(gè)自適應(yīng)磁共振發(fā)射器拓?fù)洌蕴峁└哌_(dá) 5cm 的 Z 空間自由度，以及類似的或更大的 X 和 Y 空間自由度。 Powermat 是靈活性最小的技術(shù)，只有緊耦合系統(tǒng)，并要求發(fā)射器使用磁鐵，以幫助線圈對(duì)準(zhǔn)。A4WP 和英特爾似乎提供相似的系統(tǒng)類型。而 Eurobalise 標(biāo)準(zhǔn)能從高速列車上將電源無線傳輸?shù)借F軌上的固定應(yīng)答器，并以不同頻率傳回?cái)?shù)據(jù)，因而與眾不同。