【導讀】建立一種全球通用的無線充電技術的比賽正在如火如荼地進行中。新的令人激動的無線充電技術進展和產品不斷涌現——一些公司緊盯一種技術，也有些公司支持多種技術。但各種技術間互操作性的缺乏仍然是個大問題，因為沒有統(tǒng)一的無線充電標準。
無線電力傳輸的想法已經出現好多年了。早在20世紀00年代，尼古拉●特斯拉就開始嘗試無線供電了，但一直沒有取得完全成功。不過他已非常接近成功——他的革命性發(fā)明被稱為特斯拉線圈。這種不用導線傳送電能的系統(tǒng)徹底改變了電能的使用方式(圖1)。
圖1：特斯拉線圈是尼古拉●特斯拉于20世紀00年代發(fā)明的。
在短距離內不用導線實現電力傳輸的技術和方法有很多種，比如電磁感應、磁共振、電容耦合、磁力耦合等等。前兩個應該是目前市場上最常用的技術。
電磁感應(電感性耦合)
這種近場方法使用導線線圈之間建立的磁場實現電能的無線傳輸。當電流流經發(fā)送線圈時，它會產生一個磁場，進而在接收線圈中感應出一個電壓。
線圈耦合得越好，電能傳輸得就越好。耦合因子k指示耦合程度。k值取決于多種因素，比如線圈的形狀、它們之間的角度以及電感器之間的距離。
根據發(fā)送器線圈和接收器線圈之間的距離不同，這種系統(tǒng)可以分成松耦合或緊耦合兩種。
在緊耦合系統(tǒng)中，發(fā)送線圈和接收線圈具有相同的直徑。它們彼此對齊，相距最小的Z。這個距離Z比線圈直徑小得多。這種系統(tǒng)發(fā)熱少，具有較高的效率(圖2)。
圖2：這是收發(fā)線圈具有相同直徑的緊耦合系統(tǒng)。
而松耦合系統(tǒng)中的線圈可以有較大的距離，但電能傳輸效率較低，電磁輻射較高(圖3)。
圖3：在松耦合系統(tǒng)中，線圈之間的距離較大。
電磁感應有許多優(yōu)點，比如電路方案簡單，具有較好的成本效益。主要的缺點包括充電距離有限，發(fā)送器和接收器之間必須精確對齊。
磁共振(共振感應耦合)
這種近場方法利用共振現象在一定空間內無線傳輸電能，其原理與電磁感應是相同的。發(fā)送器和接收器線圈以相同的頻率振蕩(或共振)，這個頻率取決于線圈的材料和形狀(圖4)。
圖4：通過磁共振線圈點亮燈泡。
磁共振的主要優(yōu)點在于能夠在相對較長的距離內傳輸電能，發(fā)送器和接收器不需要精確的對準。不過由于電路控制復雜，生產成本較高。
熱門產品
目前市場上流行的大多數產品依賴于磁感應和磁共振無線充電技術。這些產品包括：
●Qi：Qi由無線充電聯盟(WPC)創(chuàng)建，可以給從智能手機到無繩廚房電器等一系列設備充電或供電。它將感應技術和諧振技術整合在了一起。圖5顯示了支持Qi標準的眾多產品之一。
●PowerbyProxi：這一WPC成員在許多電池供電的設備中提供共振無線解決方案，但設計約束限制了它們的效能。他們?yōu)楣I(yè)現場提供多種產品解決方案。舉例來說，Proxi-Point無線連接器能為難以到達的位置上的傳感器提供電能，并為電池充電(圖6)。
圖5：這是三星公司開發(fā)的無線Qi充電座。
圖6：這種Proxi-Point無線連接器主要是為難以夠到的傳感器提供電能。
● WiPower：高通既是無線充電聯盟也是Airfuel聯盟的成員。公司的WiPower技術基于的是磁共振原理。WiPower最近宣布可以給具有金屬外殼的設備進行無線充電。
● WiTricity：這種基于磁共振的技術是為間距一厘米至數米的設備設計的。原始設備制造商(OEM)可以將這種技術直接嵌入他們的產品和系統(tǒng)中(圖7)。WiTricity是Airfuel聯盟的一位活躍會員。
● Powermat：這是一種基于電磁感應的技術，包含一個給電子設備充電的墊子。這種技術通過了PMA聯盟(Power Matters Alliance)的認證。具有內置無線充電功能的這些設備可以在充電點立即加電。如果設備沒有被激活，可以用插電式Powermat Ring進行無線激活(圖8)。
圖7：Witricity的Prodigy可以用一個電源給兩臺設備同時進行無線充電。
圖8：這種三星設備可以使用Pow?ermat Ring并通過Powermat進行充電。
在了解這些熱門產品時可以明顯地發(fā)現：從技術角度看磁共振和電磁感應占了主要地位。選擇哪種技術取決于具體的應用。
無線充電是一個仍在發(fā)展中的新興市場。隨著更多技術和產品的出現，消費者有望在市場上隨處見到具有互操作性的產品。
主要玩家
在開發(fā)磁共振和電磁感應技術的領域中有兩個關鍵的組織機構，即無線供電聯盟(WPC)和Airfuel聯盟。WPC成立于2008年，是Qi標準的創(chuàng)立者。
WPC聯盟成員一直致力于開發(fā)一種全球統(tǒng)一的無線充電技術標準。目前有200多家公司提供的800多種產品都支持Qi標準。聯盟管理成員包括LG、高通、三星、TI、東芝和Verizon。
Airfuel聯盟是個全球性生態(tài)系統(tǒng)，是PMA聯盟和A4WP聯盟(Alliance for Wireless Power)最近(2015年6月)合并的結果。組成聯盟董事會的公司有AT&T、英特爾、安森美、Powermat、三星和WiTricity。
值得一提的是，PMA聯盟是一家全球性的非贏利性行業(yè)組織，致力于為無線供電技術建立范例。它的創(chuàng)始成員是Powermat。同樣，A4WP聯盟也是一家獨立運營的非贏利性組織，致力于在Rezence技術基礎上搭建全球性的無線充電生態(tài)系統(tǒng)。
遺憾的是，這場標準之爭并沒有給WPC聯盟和Airfuel聯盟創(chuàng)造任何功能、互操作性或靈活性。制造業(yè)中的一些大公司，比如微軟、高通和三星，都同時是WPC和Airfuel聯盟的成員。因此他們的產品同時支持這兩種無線充電標準。
Semtech公司是另一家擁有雙會員資格的公司。去年十月，Semtech公司發(fā)布了一款新的無線充電平臺，該平臺能夠支持所有主要的標準(Qi、PMA和 A4WP Rezence)。包含TS80000發(fā)送器和TS81000接收器的TS80K平臺支持針對可穿戴、移動和嵌入式系統(tǒng)應用的多種系統(tǒng)配置(圖9)。
圖9：Semtech的三模式無線充電平臺包括TS80K發(fā)送器和TS81K接收器。
TS80K具有更高的靈活性，因為這個平臺以多模技術支持所有主要的(同時針對發(fā)送器和接收器應用的)無線充電標準。還可以經過適當修改迅速支持新的無線充電標準。TS80K平臺支持種類廣泛的供電解決方案，從100mW的可穿戴解決方案到100W的解決方案，適用于工業(yè)加工設備、醫(yī)療設備和“聯網的”家具設備。
TS80K的多模式發(fā)送器解決方案輸出的功率電平范圍從100mW到40W以上。因此它能實現家具、汽車和公共場館中的嵌入式充電功能，在單個易用且高成本效益的平臺基礎上，能夠支持所有主要的無線標準。
WPC聯盟和Airfuel聯盟之間缺少統(tǒng)一的標準使得供應商在他們的產品中采用這些技術的步伐非常緩慢。一旦在這場無線標準之爭中明確勝者，那么這個市場將很快形成數十億美元的通用無線充電器業(yè)務。最終消費者將能夠從豐富的產品中作出明智的選擇。
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