無線充電：在哪里和怎么充電？

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

　　無線充電使消費者不用電線就能為其便攜式設(shè)備充電。電信運營商和手機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應(yīng)用集成到汽車中。但一些企業(yè)爭相建立標準，包括高通、三星、英特爾、Powermat、諾基亞，Docomo以及其他許多公司。 本文將重點討論已提出的不同無線充電協(xié)議，它們的優(yōu)勢以及無線充電在哪兒獲得了最佳市場關(guān)注。

　　無線充電并不是一個新的概念，也不是一項新技術(shù)，但最近推出的帶無線充電功能的新智能手機越來越以此為賣點，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;但自那以后，Palm便從這個市場中消失了。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)。 我們許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)在新標題中?無線充電標準已經(jīng)出現(xiàn);實際上出現(xiàn)了幾個標準，我們將在后面看到。

　　隨著無線充電標準的出現(xiàn)，市場分析師預(yù)測該市場將快速增長。ABI、IHS iSuppli以及InStat的分析師們在各自的2010年報告中都預(yù)測，該市場將于2012年啟動，2014年的發(fā)貨量將迅速達到數(shù)億件。最近的報告，如IHS IMS Research 公司最近公布的一份報告，認為 2015 年帶無線電源的設(shè)備發(fā)貨量將超過1億件，2016年市場價值將高達50億美元^[1]。現(xiàn)在看來，分析師在 2010 年過于樂觀，低估了標準開發(fā)、認證流程就緒以及市場接受所需要的時間。 但有一點沒有改變，那就是智能手機、平板電腦和其他消費電子設(shè)備大量采用無線充電的長期愿景。市場分析師已經(jīng)把他們的“hockey-stick(曲棍球棒)”式的市場增長率預(yù)測改為三年左右，但并沒有改變其長期樂觀的觀點。

　　2012 年 9 月，Wireless Power Consortium(無線充電聯(lián)盟，WPC)宣布，按照Qi WPC標準集成了無線充電功能的智能手機已發(fā)貨850萬臺。在手機內(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特殊的套殼或后門，現(xiàn)在無線充電電路可作為一個內(nèi)置功能集成到手機中。諾基亞Lumia 920或LG Nexus 4等新手機就是這種新發(fā)展趨勢的很好示例。 對于消費者來說，這種集成顯著降低了此功能的成本，并且不會增加任何與售后市場的后門或套殼相關(guān)的厚度。手機制造商也將與這些手機一起配套供應(yīng)簡單、低成本的無線充電墊，提供開包即用的簡易體驗。智能手機將推動這項技術(shù)的增長，而且是無線充電組件數(shù)量最大的市場。

　　智能手機大規(guī)模采用無線充電也將帶動大量的配套產(chǎn)品，如 JBL 或TDK產(chǎn)品等無線音頻揚聲器^[3]。這些無線充電揚聲器集成了三種互補的無線技術(shù)：藍牙(從手機接收音頻文件)，NFC(藍牙自動配對)和無線充電(保持手機充電)。 這種整合提供了全新的用戶體驗：音頻自動從手機傳輸?shù)綋P聲器，無需硬件連接，無需配對機制，只需把手機放在揚聲器頂部便可。其他配件包括，已經(jīng)推出的無線充電藍牙耳機;PC無線充電鼠標;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設(shè)備和消費電子產(chǎn)品劇增，將推動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場休息室、咖啡店和酒店里，很快在公共交通和私家車中也會擁有無線充電器。在未來的汽車中，汽車中央控制臺中將內(nèi)置一個手機無線充電器。將手機放在控制臺頂部，就會充電，會自動連接到汽車藍牙無線電以及屋頂蜂窩和GPS天線，獲得更好的通信，同時手機應(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)將把最先進的智能手機應(yīng)用融入到您的駕駛體驗中。

　　所有的無線充電系統(tǒng)都使用磁場線圈感應(yīng)電流的基本原理。 有時稱為磁感應(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)建了無線充電標準 Qi。三年后，WPC已擁有 120 多名成員以及同樣多的認證產(chǎn)品，這種發(fā)展狀況有利于實現(xiàn)其最初目標。 WPC 指定發(fā)射器的拓撲結(jié)構(gòu)，確保與現(xiàn)有的WPC接收器產(chǎn)品向后兼容。發(fā)射器可以使用一個或多個線圈;在后一種情況下，可以同時使用一個或多個線圈產(chǎn)生磁場。第一個發(fā)射器拓撲使用緊密的磁感應(yīng)耦合，依靠使用幾個(3?8個)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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　　另一個無線充電標準是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。A4WP 與 WPC不同，不支持緊密感應(yīng)耦合機制。這兩個標準的一個顯著區(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準。WiTricity 或英特爾等其他系統(tǒng)有專門的無線充電標準，不會像其他標準一樣獲得業(yè)內(nèi)公司的廣泛支持。Powermat 最近成立了一個名為 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)成為另一個標準。談?wù)撨@一舉措將會有多成功還為時尚早。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行電力傳輸和通信。這是肯定的，因為ISM頻段很窄，而且?guī)獍l(fā)射要求很嚴。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。作為一個緊耦合系統(tǒng)啟用的 WPC，正在創(chuàng)建一個自適應(yīng)磁共振發(fā)射器拓撲，以提供高達 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，以幫助線圈對準。A4WP 和英特爾似乎提供相似的系統(tǒng)類型。而 Eurobalise 標準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，并以不同頻率傳回數(shù)據(jù)，因而與眾不同。