iphone8或许会使用的技术,解析热门无线充电原理及相关技术

来源:网络整理 作者:2017年04月20日 09:42
[导读] 每次要帮手机、电脑,或者其他各种电器充电时,总是要接一条充电线,充电线一多,还常常接错,实在非常麻烦。幸好,现在愈来愈多的电子产品,开始使用无线充电的技术了!只要优雅的将手机放在一个小小的、像杯垫一样的东西上面,不必接线就能轻松充电,这么厉害的科技背后有什么原理呢?让我们一起来探究其中奥妙。

  [前言] 每次要帮手机、电脑,或者其他各种电器充电时,总是要接一条充电线,充电线一多,还常常接错,实在非常麻烦。幸好,现在愈来愈多的电子产品,开始使用无线充电的技术了!只要优雅的将手机放在一个小小的、像杯垫一样的东西上面,不必接线就能轻松充电,这么厉害的科技背后有什么原理呢?让我们一起来探究其中奥妙。

  每次要帮手机、电脑,或者其他各种电器充电时,总是要接一条充电线,充电线一多,还常常接错,实在非常麻烦。幸好,现在愈来愈多的电子产品,开始使用无线充电的技术了!只要优雅的将手机放在一个小小的、像杯垫一样的东西上面,不必接线就能轻松充电,这么厉害的科技背后有什么原理呢?让我们一起来探究其中奥妙。

iphone8或许会使用的技术,解析热门无线充电原理及相关技术

  电与磁的交互作用

  一般见到的无线充电,运用的是电流磁效应和电磁感应的原理。1819 年,丹麦科学家厄斯特观察到一段导线上如果通有电流,四周将会产生磁场,可以让指北针偏转。后人则进一步发现,将导线围成环状,甚至绕成线圈,产生的磁场将会更强、更集中,这称为电流磁效应。

  至于电磁感应,则是在 1831 年由法拉第发现的。让一块磁铁或其他的磁场来源靠近一段没有电流的线圈,线圈上就会产生感应电流,称为电磁感应。值得注意的是,电磁感应的成立要点是磁场要有变化,例如磁铁愈来愈靠近 (愈来愈远离其实也可以)。外加磁场若是一直保持不变,是不会有感应电流的。

  电流磁效应

  总而言之,电流磁效应就是电流的流动在四周产生磁场,电磁感应则是不断变化的外加磁场使线圈产生感应电流。

  利用电磁感应来充电

  这两种物理现象同时运用,就可以进行无线充电。目前的无线充电设备,都包含一个充电座,里面其实正是线圈。将充电座接到家用插头后,线圈周围会因为电流磁效应而产生磁场。要充电的电子产品,里面也都有一个线圈,当它靠近充电座时,充电座的磁场将透过电磁感应,在电子产品的线圈上产生感应电流。感应电流导引到电池,就完成了充电座和电子产品间的无线充电。

  你可能会问,磁场不是要改变才能有电磁感应吗?可是充电座与充电的对象距离却始终保持不变,这样为何会有电磁感应呢?原来,家用插座中流出的电是交流电,也就是说电流的方向不断的交替变化,一会儿顺着流,一会儿反着流。正因为如此,充电座线圈产生的磁场随之不断在变换方向,并非保持不变,符合电磁感应的要件。

  近来愈来愈多智慧型手机、平板电脑开始提供无线充电的功能,但是不幸的是,它们充电的时候,只要离充电座的距离稍远一些,充电效率就会明显下降。即便是最新的技术,充电距离也不能超过5公分,事实上,目前绝大部分可以无线充电的行动装置,都是要完全平放在充电座上才能进行,和想像中随走随充的无线充电仍有点差别。

  利用共振拉长充电距离

  为了增加无线充电的距离与充电效率,科学家正在设法利用磁共振的原理进行无线充电。在电路中加入一些电容、电感等特殊的元件,适当连接后,会形成谐振电路。这就好像乐器行一定会有的调音工具──音叉一样。轻敲音叉一次,它可以持续振动一段时间,同样的,对谐振电路短暂通电,电路中也会产生维持 一段时间的讯号。

  音叉具有共振这种有趣的物理性质。每支音叉都有自己的发声频率,当一支音叉振动发声时,若附近有另一支发声频率相同的音叉,即使它没有直接受到敲击,也会跟着振动。音叉的共振可以说达成了能量的传递。谐振电路也可以共振,两个振动频率相同的谐振电路放在一起,其中一个开始因为通电而振荡时,另一个电路也会跟着振荡起来,自动产生电流,电能就这样被隔空传送了。这样的现象称为磁共振,用来进行无线充电,可以让充电距离达到数公尺,效率也有所提升。唯一的困难就是,要将两个电路调整到一模一样的频率,并且维持一段时间,并不是容易的事。

  除了磁共振之外,也有科学家尝试借由雷射光的光能来充电,甚至是将电能透过和家用的 Wifi 网路相近的电波频段来传送。希望这些技术的突破,能让我们未来在充电时更加方便!

  以苹果、三星、中兴通讯等为代表的企业在消费电子、电动汽车领域对无线充电的实践应用将加速千亿市场开启。日前,有媒体报道称,虽然此前iphone7拥有无线充电功能的预言没有实现,但2017年的苹果新机将大概率拥有无线充电功能,与此同时,根据目前企业布局无线充电的情况来看,2017年无线充电不仅在消费电子领域有所突破,在国内电动汽车领域,无线充电也将迎来较大发展契机。无线充电前景无限,那么一起来盘点一下无线充电新技术吧!

  1、超声波无线充电:有效范围接近5米

  一家名叫uBeam的公司发明了一种全新的无线充电模式,可以利用超声波将电力隔空输送到15英尺(约合4.6米)外的地方。有了这样的产品,只要使用专用的无线充电套,你就可以在充电的同时拿着手机在屋里走动。尽管uBeam的原型产品还比较笨重,但该公司正在努力缩小体积,尽快推向市场。据悉,已经有多家公司希望与uBeam达成战略合作,为顾客提供这种无线隔空充电服务,以便吸引更大客流,包括星巴克、维珍航空、喜达屋酒店以及多家快餐连锁。除此之外,uBeam还与苹果和三星等硬件厂商展开了沟通。

  风险投资家似乎也从中看到了机会:知情人士表示,该公司希望寻求总额5000万美元的B轮融资,估值有可能达到或超过5亿美元。但uBeam拒绝对此置评。该公司去年10月获得了由Upfront Ventures领投的1000万美元A轮融资,之前还曾获得了Andreessen Horowitz和Founders Fund等公司的320万美元种子投资。之前有很多公司都尝试过真正的无线充电,但多数都以失败告终,最终只实现了磁共振充电。这种模式必须将设备靠近发射器,甚至直接与发射器接触,所以并没有较插电式充电实现重大突破。

  uBeam早期原型机

  uBeam早期原型机

  然而,众多大牌投资者的背书表明,uBeam的无线充电模式可能具备巨大潜力。具体而言,uBeam使用的是超声传导技术,发射器通过插座或建筑物的电力系统取电,然后将其转换成超声波,再将震动发射到内置接收器的设备——例如配备无线充电套的手机,接收器之后负责将超声波震动转换成电力,为移动设备充电。

  uBeam表示,这种模式的充电速度与直接使用传统电源类似。

  这种超声波隔空充电方式有几大优势。首先,这种技术非常安全,它使用的超声波与监测胎儿时使用的超声波类似。另外,接收器的价格也很便宜,大约只需50美元,甚至更低,而且体积小巧。不仅如此,这些超声波还可以用于传输数据,因此uBeam还可以在物联网领域发挥作用。

  uBeam模式原理图

  但最吸引普通用户的还在于,该种技术的有效范围大约为15英尺,对移动中的设备同样有效。虽然智能手机已经在体积和性能上实现了重大进步,但电池续航能力仍未得到太大改观,这不仅有损了用户体验,还阻碍了整个移动经济的发展。因此,uBeam的技术可能对整个行业形成促进。苹果和三星等科技巨头都在努力解决充电问题,但却迟迟未有进展。因此,他们有可能洽购uBeam。由于uBeam持有多项重要的无线充电专利,这些巨头可能会溢价收购该公司,避免重要技术落入竞争对手之手。

  从长期来看,倘若uBeam的无线充电协议果真实现应有的潜力,意味着电线将会逐渐消失。不仅是手机,其他各类用电设备也都将使用这种技术。需要明确的是,uBeam仍在克服一些严峻的技术挑战,最终的产品可能无法在价格、功率、速度和安全方面达到预期。不过,倘若真能实现市场预期,便会成为一项革命性的技术,这也正是投资者梦寐以求的结果。

  2、无线充电新技术:微软拟利用聚焦光线来充电

  如果你的智能手机在白天就出现了电量耗尽的情况,一般人们都会感到烦恼,大多数人的解决方法就是尝试记住在晚上要为他们的设备充电。即使是这样 做,有时也不够人们日常使用,全天充电有时是很有必要的,为此微软研究院已经制定出了一个潜在的解决方案:AutoCharge。

  微软研究人员们描述AutoCharge是一种自动定位桌子上的智能手机,并为它们充电的技术。他们制造的原型充电器可以被安装在天花板上,有两个工作模块:一个监测模块,其采用的是微软的Kinect摄像头,可以扫描像智能手机样子的物体;另一个是充电模式,采用了UltraFire CREE XM-L T6来聚焦LED光线。

  该AutoCharge系统采用了基于图像处理来监测和追踪桌上的智能手机,并自动为智能手机充电。充电器会不断地旋转,直到它检测到一个看起来像智能手机的物体,之后将使用太阳能发电技术所产生的光束为智能手机远程充电。换句话说,就是无需电线。

  AutoCharge通过蓝牙或手机上的LED和智能手机建立连接。这确保了当电池充满电以后可以停止充电,以及确保那些大小和形状与智能手机类似的物体不能被充电。该系统在识别到有物体出现在了它和智能手机之间,对充电造成干扰时,还可以在50毫秒内自动关闭。

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