《電子技術(shù)應(yīng)用》
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詳解無線充電:只需放在充電座上
摘要: 支持無線充電的智能手機(jī)從2011年夏季前后開始上市。任何廠商的任何機(jī)型均可使用的“Qi”規(guī)格將成為全球標(biāo)準(zhǔn)。停車即可充電的EV(電動(dòng)汽車)用充電系統(tǒng)也在推進(jìn)研發(fā)。
Abstract:
Key words :

  支持無線充電智能手機(jī)從2011年夏季前后開始上市。任何廠商的任何機(jī)型均可使用的“Qi”規(guī)格將成為全球標(biāo)準(zhǔn)。停車即可充電的EV(電動(dòng)汽車)用充電系統(tǒng)也在推進(jìn)研發(fā)。

  無線充電已經(jīng)在電動(dòng)牙刷、電動(dòng)剃須刀、無線電話等部分家電產(chǎn)品中實(shí)用化,現(xiàn)在其應(yīng)用范圍又?jǐn)U大到了智能手機(jī)領(lǐng)域。

  NTT DoCoMo在2011年夏季以后陸續(xù)上市了多款支持無線充電的智能手機(jī)和充電座。這些手機(jī)無需在手機(jī)上插上充電線纜,只需放置在充電座上即可為電池充電。今后NTT DoCoMo將在電影院、餐廳、酒店、機(jī)場(chǎng)休息室等公共場(chǎng)所設(shè)置充電座,便于用戶在外出時(shí)使用。

松下的“無接點(diǎn)充電板”

  軟銀移動(dòng)也預(yù)定2012年1月上市支持無線充電的智能手機(jī)。KDDI正在開發(fā)車載式智能手機(jī)的無線充電座。

  未來無線充電的應(yīng)用范圍將有望擴(kuò)大到EV的充電系統(tǒng)。

  目前,市場(chǎng)上支持無線充電的智能手機(jī)和充電器大部分都符合總部位于美國(guó)的業(yè)界團(tuán)體“無線充電聯(lián)盟(WPC)”所制定的“Qi”規(guī)格。Qi源自漢語(yǔ)“氣功”中的“氣”,以松下、韓國(guó)三星電子、英國(guó)索尼愛立信、芬蘭諾基亞、電裝為首,許多國(guó)家的家電廠商和汽車廠商都相繼加盟了WPC。

  無線充電原理

  無線充電方式包括“磁共振”及“電波接收”等多種方式,Qi采用的是“電磁感應(yīng)方式”。通過實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化,只要是帶有Qi標(biāo)志的產(chǎn)品,無論是哪家廠商的哪款機(jī)型均可充電。

 

  19世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象

 

  電磁感應(yīng)方式采用了19世紀(jì)上半期發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象。眾所周知,電流流過線圈時(shí),周圍會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。1820年,丹麥物理學(xué)家漢斯·奧斯特(Hans Oersted)發(fā)現(xiàn)了這種電磁效應(yīng)。

  用沒有通電的其他線圈接近該磁場(chǎng),線圈中就會(huì)產(chǎn)生電流,由此點(diǎn)亮燈泡。1831年,英國(guó)物理學(xué)家邁克爾·法拉第(Michael Faraday)發(fā)現(xiàn)了這個(gè)可從線圈向線圈供電的物理現(xiàn)象,并稱之為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

  磁共振方式

  日立麥克賽爾的無線充電器

  無線充電使用的充電座和終端分別內(nèi)置了線圈,使二者靠近便開始從充電座向終端供電。為提高供電效率,需要使線圈之間的位置對(duì)齊,不產(chǎn)生偏移。因此,各廠商在位置定位方法方面紛紛開動(dòng)腦筋。

  從事智能手機(jī)外設(shè)業(yè)務(wù)的日本Oar公司于2011年8月推出了名為“無線充電板”的充電座。內(nèi)置有磁鐵,用于將終端吸引到指定位置。

  松下于2011年6月投放了無線充電座“無接點(diǎn)充電板”。尺寸約為鼠標(biāo)墊大小,表示實(shí)現(xiàn)了“位置自由(Free Positioning)”,將終端放在充電板上的任何位置均可充電。

  充電座內(nèi)部的線圈帶有驅(qū)動(dòng)裝置,可在平面中移動(dòng)。通過自動(dòng)檢測(cè)終端放置位置,并移動(dòng)至該位置,使線圈的位置相一致。

  該充電座的開發(fā)人員、松下集團(tuán)三洋電機(jī)能源設(shè)備公司(SANYO Electric Energy Devices Company)充電系統(tǒng)事業(yè)部長(zhǎng)佐野正人就位置自由實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的理由解釋說,“用戶希望能更便利地充電”。

  日立麥克賽爾于2011年4月面向美國(guó)蘋果的人氣智能手機(jī)“iPhone”上市了無線充電器“AIR VOLTAGE”。由于iPhone不支持無線充電,所以需要套上內(nèi)置有線圈的專用外殼才能使用。

  另外,麥克賽爾的充電座有為一部終端充電和為兩部終端充電的款式。兩部款的尺寸為鼠標(biāo)墊大小,可在左右各放置一部終端。內(nèi)部排列了14個(gè)線圈,左右各7個(gè),用這些線圈覆蓋了充電座的廣大范圍。由此,終端可以比較自由地放置在充電座上。在7個(gè)線圈中可最多自動(dòng)選擇3個(gè)能高效傳輸?shù)木€圈來供電。

  日立麥克賽爾2011年11月還面向“iPad2”上市了無線充電器“AIR VOLTAGEfor iPad2”。該充電器未采用Qi規(guī)格,而是全球首次采用了“電場(chǎng)耦合方式”。

  電場(chǎng)耦合方式不使用線圈,而是在供電側(cè)和受電側(cè)設(shè)置電極,利用二者之間產(chǎn)生的電場(chǎng)供電。為iPad2套上內(nèi)置有受電用電極的專用外殼來充電。

  電場(chǎng)耦合方式的特點(diǎn)是,輸出功率比Qi大,即使電極之間的位置稍有偏移也可維持高傳輸效率。模塊由村田制作所開發(fā)。

  EV的無線充電

  EV的無線充電方面,采用磁共振方式的汽車廠商比較多。

  磁共振方式由美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)物理學(xué)家馬林·索爾賈??耍∕arin Soljacic)于2007年進(jìn)行了驗(yàn)證,自此受到了廣泛關(guān)注。

  磁共振方式的原理與聲音的共振原理相同。排列好振動(dòng)頻率相同的音叉,一個(gè)發(fā)聲的話,其他的也會(huì)共振發(fā)聲。同樣,排列在磁場(chǎng)中的相同振動(dòng)頻率的線圈,也可從一個(gè)向另一個(gè)供電。

  利用共振還可延長(zhǎng)傳輸距離。電磁感應(yīng)方式的供電距離最大為數(shù)mm~10cm左右,而磁共振方式如果線圈夠大,可向數(shù)m遠(yuǎn)以外供電。

  汽車的車底到地面一般有15cm左右的距離。如果在車底安裝受電線圈,在自家停車場(chǎng)的地面埋入供電線圈,便可在停車時(shí)充電。能夠省去連接充電線纜的麻煩。

  另外,磁共振方式不同于電磁感應(yīng)方式,無需使線圈間的位置完全吻合。即使停車位置與固定位置稍微錯(cuò)開,線圈之間也會(huì)共振。

 

  還將用于磁懸浮

 

  三菱汽車2011年9月與美國(guó)風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)WiTricity和IHI就共同開發(fā)磁共振方式無線充電系統(tǒng)達(dá)成了一致。在2011年12月上旬于東京有明國(guó)際展示場(chǎng)(東京有明國(guó)際會(huì)展中心)舉行的東京車展上,展示了該無線充電系統(tǒng)。

  供電距離為20cm,供電效率達(dá)90%以上。線圈之間最大允許錯(cuò)位為20cm。如果后輪靠在車擋上停車,基本能停在容許范圍內(nèi)。隨著研究的推進(jìn),將來或許能進(jìn)一步擴(kuò)大容許范圍。

  豐田也于2011年4月與WiTricity公司就磁共振方式展開了技術(shù)合作,并在東京車展上展示了用于電動(dòng)三輪踏板摩托車和四輪汽車的無線充電系統(tǒng)。

  另外,還有將供電線圈埋入道路中,在紅燈停車時(shí)和行駛中為電動(dòng)汽車充電的構(gòu)想,以及利用植入軌道中的線圈為行駛中的磁懸浮列車供電的設(shè)想。

  除此之外,在家中的家具、地板和墻壁等中埋入線圈的研究也在推進(jìn)之中。也許未來我們會(huì)迎來完全無需使用電線的生活。(記者:吉野 次郎,《日經(jīng)商務(wù)周刊》)

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