無(wú)線(xiàn)充電原理詳解及最新充電技術(shù)

每次要幫手機(jī)、電腦，或者其他各種電器充電時(shí)，總是要接一條充電線(xiàn)，充電線(xiàn)一多，還常常接錯(cuò)，實(shí)在非常麻煩。幸好，現(xiàn)在愈來(lái)愈多的電子產(chǎn)品，開(kāi)始使用無(wú)線(xiàn)充電的技術(shù)了!只要優(yōu)雅的將手機(jī)放在一個(gè)小小的、像杯墊一樣的東西上面，不必接線(xiàn)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(lái)探究其中奧妙。
電與磁的交互作用
一般見(jiàn)到的無(wú)線(xiàn)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(xiàn)上如果通有電流，四周將會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，可以讓指北針偏轉(zhuǎn)。后人則進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，將導(dǎo)線(xiàn)圍成環(huán)狀，甚至繞成線(xiàn)圈，產(chǎn)生的磁場(chǎng)將會(huì)更強(qiáng)、更集中，這稱(chēng)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(chǎng)來(lái)源靠近一段沒(méi)有電流的線(xiàn)圈，線(xiàn)圈上就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，稱(chēng)為電磁感應(yīng)。值得注意的是，電磁感應(yīng)的成立要點(diǎn)是磁場(chǎng)要有變化，例如磁鐵愈來(lái)愈靠近 (愈來(lái)愈遠(yuǎn)離其實(shí)也可以)。外加磁場(chǎng)若是一直保持不變，是不會(huì)有感應(yīng)電流的。

總而言之，電流磁效應(yīng)就是電流的流動(dòng)在四周產(chǎn)生磁場(chǎng)，電磁感應(yīng)則是不斷變化的外加磁場(chǎng)使線(xiàn)圈產(chǎn)生感應(yīng)電流。
利用電磁感應(yīng)來(lái)充電
這兩種物理現(xiàn)象同時(shí)運(yùn)用，就可以進(jìn)行無(wú)線(xiàn)充電。目前的無(wú)線(xiàn)充電設(shè)備，都包含一個(gè)充電座，里面其實(shí)正是線(xiàn)圈。將充電座接到家用插頭后，線(xiàn)圈周?chē)鷷?huì)因?yàn)殡娏鞔判?yīng)而產(chǎn)生磁場(chǎng)。要充電的電子產(chǎn)品，里面也都有一個(gè)線(xiàn)圈，當(dāng)它靠近充電座時(shí)，充電座的磁場(chǎng)將透過(guò)電磁感應(yīng)，在電子產(chǎn)品的線(xiàn)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(wú)線(xiàn)充電。
你可能會(huì)問(wèn)，磁場(chǎng)不是要改變才能有電磁感應(yīng)嗎?可是充電座與充電的對(duì)象距離卻始終保持不變，這樣為何會(huì)有電磁感應(yīng)呢?原來(lái)，家用插座中流出的電是交流電，也就是說(shuō)電流的方向不斷的交替變化，一會(huì)兒順著流，一會(huì)兒反著流。正因?yàn)槿绱?，充電座線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(lái)愈來(lái)愈多智慧型手機(jī)、平板電腦開(kāi)始提供無(wú)線(xiàn)充電的功能，但是不幸的是，它們充電的時(shí)候，只要離充電座的距離稍遠(yuǎn)一些，充電效率就會(huì)明顯下降。即便是最新的技術(shù)，充電距離也不能超過(guò)5公分，事實(shí)上，目前絕大部分可以無(wú)線(xiàn)充電的行動(dòng)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(wú)線(xiàn)充電仍有點(diǎn)差別。
利用共振拉長(zhǎng)充電距離
為了增加無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)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(huì)形成諧振電路。這就好像樂(lè)器行一定會(huì)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(dòng)一段時(shí)間，同樣的，對(duì)諧振電路短暫通電，電路中也會(huì)產(chǎn)生維持 一段時(shí)間的訊號(hào)。
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(dòng)發(fā)聲時(shí)，若附近有另一支發(fā)聲頻率相同的音叉，即使它沒(méi)有直接受到敲擊，也會(huì)跟著振動(dòng)。音叉的共振可以說(shuō)達(dá)成了能量的傳遞。諧振電路也可以共振，兩個(gè)振動(dòng)頻率相同的諧振電路放在一起，其中一個(gè)開(kāi)始因?yàn)橥姸袷帟r(shí)，另一個(gè)電路也會(huì)跟著振蕩起來(lái)，自動(dòng)產(chǎn)生電流，電能就這樣被隔空傳送了。這樣的現(xiàn)象稱(chēng)為磁共振，用來(lái)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)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(gè)電路調(diào)整到一模一樣的頻率，并且維持一段時(shí)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(lái)充電，甚至是將電能透過(guò)和家用的 Wifi 網(wǎng)路相近的電波頻段來(lái)傳送。希望這些技術(shù)的突破，能讓我們未來(lái)在充電時(shí)更加方便!

以蘋(píng)果、三星、中興通訊等為代表的企業(yè)在消費(fèi)電子、電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域?qū)o(wú)線(xiàn)充電的實(shí)踐應(yīng)用將加速千億市場(chǎng)開(kāi)啟。日前，有媒體報(bào)道稱(chēng)，雖然此前iphone7擁有無(wú)線(xiàn)充電功能的預(yù)言沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，但2017年的蘋(píng)果新機(jī)將大概率擁有無(wú)線(xiàn)充電功能，與此同時(shí)，根據(jù)目前企業(yè)布局無(wú)線(xiàn)充電的情況來(lái)看，2017年無(wú)線(xiàn)充電不僅在消費(fèi)電子領(lǐng)域有所突破，在國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域，無(wú)線(xiàn)充電也將迎來(lái)較大發(fā)展契機(jī)。無(wú)線(xiàn)充電前景無(wú)限，那么一起來(lái)盤(pán)點(diǎn)一下無(wú)線(xiàn)充電新技術(shù)吧!
1、超聲波無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)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(zhuān)用的無(wú)線(xiàn)充電套，你就可以在充電的同時(shí)拿著手機(jī)在屋里走動(dòng)。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(chǎng)。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(wú)線(xiàn)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(píng)果和三星等硬件廠商展開(kāi)了溝通。
風(fēng)險(xiǎn)投資家似乎也從中看到了機(jī)會(huì)：知情人士表示，該公司希望尋求總額5000萬(wàn)美元的B輪融資，估值有可能達(dá)到或超過(guò)5億美元。但uBeam拒絕對(duì)此置評(píng)。該公司去年10月獲得了由Upfront Ventures領(lǐng)投的1000萬(wàn)美元A輪融資，之前還曾獲得了Andreessen Horowitz和Founders Fund等公司的320萬(wàn)美元種子投資。之前有很多公司都嘗試過(guò)真正的無(wú)線(xiàn)充電，但多數(shù)都以失敗告終，最終只實(shí)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(méi)有較插電式充電實(shí)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(shū)表明，uBeam的無(wú)線(xiàn)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(guò)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(dòng)發(fā)射到內(nèi)置接收器的設(shè)備——例如配備無(wú)線(xiàn)充電套的手機(jī)，接收器之后負(fù)責(zé)將超聲波震動(dòng)轉(zhuǎn)換成電力，為移動(dòng)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(lèi)似。
這種超聲波隔空充電方式有幾大優(yōu)勢(shì)。首先，這種技術(shù)非常安全，它使用的超聲波與監(jiān)測(cè)胎兒時(shí)使用的超聲波類(lèi)似。另外，接收器的價(jià)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(hù)的還在于，該種技術(shù)的有效范圍大約為15英尺，對(duì)移動(dòng)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(shí)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(hù)體驗(yàn)，還阻礙了整個(gè)移動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，uBeam的技術(shù)可能對(duì)整個(gè)行業(yè)形成促進(jìn)。蘋(píng)果和三星等科技巨頭都在努力解決充電問(wèn)題，但卻遲遲未有進(jìn)展。因此，他們有可能洽購(gòu)uBeam。由于uBeam持有多項(xiàng)重要的無(wú)線(xiàn)充電專(zhuān)利，這些巨頭可能會(huì)溢價(jià)收購(gòu)該公司，避免重要技術(shù)落入競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之手。
從長(zhǎng)期來(lái)看，倘若uBeam的無(wú)線(xiàn)充電協(xié)議果真實(shí)現(xiàn)應(yīng)有的潛力，意味著電線(xiàn)將會(huì)逐漸消失。不僅是手機(jī)，其他各類(lèi)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(wú)法在價(jià)格、功率、速度和安全方面達(dá)到預(yù)期。不過(guò)，倘若真能實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)預(yù)期，便會(huì)成為一項(xiàng)革命性的技術(shù)，這也正是投資者夢(mèng)寐以求的結(jié)果。
2、無(wú)線(xiàn)充電新技術(shù)：微軟擬利用聚焦光線(xiàn)來(lái)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(huì)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(shí)也不夠人們?nèi)粘Ｊ褂?，全天充電有時(shí)是很有必要的，為此微軟研究院已經(jīng)制定出了一個(gè)潛在的解決方案：AutoCharge。
微軟研究人員們描述AutoCharge是一種自動(dòng)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(gè)工作模塊：一個(gè)監(jiān)測(cè)模塊，其采用的是微軟的Kinect攝像頭，可以?huà)呙柘裰悄苁謾C(jī)樣子的物體;另一個(gè)是充電模式，采用了UltraFire CREE XM-L T6來(lái)聚焦LED光線(xiàn)。

該AutoCharge系統(tǒng)采用了基于圖像處理來(lái)監(jiān)測(cè)和追蹤桌上的智能手機(jī)，并自動(dòng)為智能手機(jī)充電。充電器會(huì)不斷地旋轉(zhuǎn)，直到它檢測(cè)到一個(gè)看起來(lái)像智能手機(jī)的物體，之后將使用太陽(yáng)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(huà)說(shuō)，就是無(wú)需電線(xiàn)。
AutoCharge通過(guò)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(mǎn)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(lèi)似的物體不能被充電。該系統(tǒng)在識(shí)別到有物體出現(xiàn)在了它和智能手機(jī)之間，對(duì)充電造成干擾時(shí)，還可以在50毫秒內(nèi)自動(dòng)關(guān)閉。