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智能设备的无线充电究竟离我们还有多远?

发布时间:2016-5-27 下午12:25

作者: 撒末儿

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最近Iphone7的爆料消息层出不穷,从外形设计,接口改善,到新技术的应用等等,而且这两天又爆出了可信度极高的Iphone7谍照图片。一些可靠数据显示,Iphone7会配备双摄像头,取消了3.5mm耳机插孔,采用Lightning接口的数字耳机。

那么问题来了,只剩下一个共用接口,手机充电时想用耳机怎么办?

很多人猜测Iphone7或者8会使用无线充电技术来解决充电问题。那么苹果到底会不会配备无线充电呢?在诺基亚、三星纷纷应用之后,手机巨头厂商里只有苹果还处在观望状态,这是不是苹果将推出这项技术的契机呢?

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Iphone7谍照、lightning接口的数字耳机


黑科技阶段的远场技术

为了更好地回答这个问题,了解一些无线充电技术的知识是十分必要的。无线充电是利用看不见的“场”来充电的,根据“场”的性质可以分为近场和远场两大类。

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无线充电技术分类图

远场主要是通过电磁波或声波传递能量,其优势在于能量的传输距离相对较远。波兰一家名为TechNovator的公司推出的XE产品就是使用此种技术。XE的传输距离可以达到5米左右,最大可以在十多平方米的范围内为用电器充电。
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TechNovator XE产品

疯传与苹果合作开发无线充电的? Energous公司,也是使用电磁波传递能量,传输的距离可以达到4.75米。当用户走进一间充满“充电信号”的房间时,手机便会自动充电。
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Energous技术演示

从用户体验的角度来说,远场无线充电技术的优势十分明显,不过从技术应用角度看来,苹果使用此项技术的可能性却非常之低。因为此项技术使用电磁波传递能量,电磁波的功率被增大,相应的对人体的辐射强度也被增强。至今,Energous公司的产品仍无法通过美国FCC认证,产品面市也更无从谈起。

为避免辐射,不使用电磁波而使用超声波,这是另一家美国公司Ubeam的技术方案。充电器发出具有较高能量的超声波,接收器收到超声波使其带动一个“压电晶体”振动,从而产生电流。超声波是公认的无辐射声波,B超就是一种常见的超声波应用案例。业界也有消息曝出苹果刚刚从Ubeam挖走了两名硬件工程师,如果消息属实,这项技术也许已经在苹果的研发名单上。

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Ubeam技术演示

那么苹果会不会使用Ubeam的技术呢?超声波传递能量的过程中,若是遇到障碍物,大量的声波会被反弹,只有极小部分声波能够进入到物体之中。手机外壳、人体等物体都会阻挡大量的超声波,那么真正能够进入到手机的能量则少之又少。因此,使用超声波无线充电的效率是极低的,如果这项技术没有进一步的发展改造,势必会造成巨大的能量浪费,这也与苹果公司的理念相违背。


沿用多年的近场技术和难题

与还属于黑科技阶段的远场技术不同,鉴于效率、可用性等因素,目前市场上主要使用的无线充电技术基本都属于近场技术。近场是利用磁场传递电能,其优势在于能量的传输效率高,无辐射。更进一步,近场技术也分为两种,分别为磁感应和磁共振技术。

磁感应技术是利用两个线圈,一个发射(发射线圈)变化的磁场,一个接收(接收线圈)变化的磁场并将其转换为电能的技术。若是发射线圈尺寸和接收线圈尺寸大小相似,紧密贴合,完全对准,就称之为“强耦合”。强耦合是一种可与有线充电效率相媲美的无线充电方式,效率高达75%以上,并且漏磁现象和发热量都很少。

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强耦合状态示意图

美国QI无线充电标准就是使用强耦合技术。中国市场上90%以上的无线充电产品都是遵循QI标准。为了满足强耦合条件,在使用过程中需要做到两点:

(1)手机放在充电器上保证两者紧密贴合;

(2)手机背面的接收线圈和充电器里面的发射线圈要对准。

不过在实际应用中,对准一直是用户应用中的一个大难题。充电器与手机大小不成比例,手机屏幕会挡住线圈和标准充电位置,加之产品使用时没有相关的对准提醒,用户只能凭感觉进行对准放置。一旦没有对准,充电效率就会大大降低,甚至出现一晚上手机都没有充满一半电的情况,并且还会伴着手机发热,电池损耗等弊端。

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三星无线充电器

AppleWatch的无线充电技术也是同样的强耦合原理。为解决充电的对准问题,苹果把充电器表面做成了弧形方便对准卡位,并且使用磁铁做配合,磁铁的吸引力使得表盘与充电器之间自然就可以对准并且紧密贴合。从用户角度出发的极致体验设计,这就是苹果的伟大之处吧。
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AppleWatch无线充电器

在国内,同样有一家公司也在尝试解决对准与效率这个难题。这套叫做麦极客的无线充电产品,将接收线圈装入到手机支架当中,手机放到支架上,用户很容易就可以将支架和充电器贴合对准,巧妙地解决了对准与效率的难题,并且他们还做到了10W以上更高功率的充电。这种实用的设计方式,尤其适合桌面充电的应用场景,在保证了便捷的同时,还保证了充电效率。
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麦极客无线充电器

磁共振技术的应用

强耦合虽然充电效率高,但仍要贴合和对准两个动作,用户体验感比远场的技术方案差了很多。不过,一旦发射线圈和接收线圈不贴合距离变远,也不再对准,那么充电效率会极具下降,这种状态叫做磁感应的“松耦合”状态。

为了提高松耦合的效率,共振的方法就被引入进来,发射线圈和接收线圈在一个较高频率共振会使得能量传输更有效率,这种方式就叫做磁共振技术。早在1891年,尼古拉-特斯拉就将磁共振技术应用在磁感应的能量传输之中。

美国WiTricity公司则是最早研究磁共振技术的公司之一。2014年,该公司就对外发布了这项技术的原型机。如图,利用磁共振技术,在整个绿色区域内都可以进行无线充电,不再需要对准,且可以放置多部手机同时充电。但是为了保证充电的效率、发热问题,手机仍需要与充电器贴合,不过这已经大大解决了对准难这个问题了。

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WiTricity原型机

虽然两年多前就发布了原型机,但直到今天,WiTricity仍然没有发布可以商用的产品。根本原因在于,虽然磁共振技术提高了传输效率,但是其仍低于强耦合的传输效率,只有40%左右。低效率会产生大量的热量,对温度限制要求较高的用电设备来说很难应用。更重要的是,由于发射线圈面积较大,在使用过程中会产生更多的电磁泄漏,EMI和EMF等官方机构的认证更是无法通过。因此,磁共振技术还有很多技术细节需要完善和发展,这项技术的普及也还有很远的路要走。


苹果的抉择

几种技术各有千秋,而结合苹果已经在AppleWatch上小试牛刀,强耦合技术方案很可能成为苹果最佳的选择。

但是,我们注意到,还有一个最重要的变数,那就是金属!不论是近场技术还是远场技术,金属对场都有屏蔽和吸收作用。只要Iphone7继续延用金属后壳,就无法使用任何一种无线充电技术。与此同时,一家长期为Iphone提供外模框架的台湾公司,最近刚刚透露iphone7或Iphone8或将摒弃金属,转而使用玻璃外壳。

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Iphone7 玻璃外壳假想图

这会不会是苹果将正式推出无线充电功能的伏笔呢?如果苹果宣布加入这场无线充电变革,这项技术的风口也许即将到来!


来源: PCPOP(北京)
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回复主题:智能设备的无线充电究竟离我们还有多远?

发布时间:2016-5-30 上午8:07

作者: JackyWu168

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作者: 寻觅虚无

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