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新聞詳細
  • 無線供電技術市場現狀與未來發展方向
    新聞分類:行業資訊   作者:handler    發布于:2012-07-274    文字:【】【】【
    科學家和工程師們在近兩個世紀前就已經知道,傳遞電力并不需要電線始終保持物理接觸。電動機和電力變壓器中含有線圈,這些線圈可以通過電磁感應現象相互傳輸能量。發射線圈中的電流可以通過電磁感應使另一個接收線圈產生電流;兩個線圈離得很近,但并沒有發生接觸。

      但是科學家也發現無線電波中帶有電磁輻射,但是通過傳統的電磁輻射把能量從一個點轉移到另一個點的效率是非常低的,因為電磁波通常會向四周擴散,大部分能量
    Z0410MF1AA2都會在傳播過程中丟失。此外,這種做法也很危險,尤其是當電磁輻射的量級超出人體可以承受的范圍。

      日前,一家本土公司的技術總監表示,“國際上的主流的無線充電研究,都是在向著大功率和遠距離的方向發展,也許20年后會取得巨大的成功。但是我的著眼點是如何可以利用這個技術去減少一次性電池的使用量,減少充電器的種類和數量。方向稍有不同。但我堅信我的方向短期內就能造福人類?!彼J為,目前這些國際大廠在無線充電領域的發展方向是錯誤的。那么該公司的無線充電技術思路又是如何?

      我們生活在一個由線纜環繞的世界,但是這太麻煩了,不但影響美觀而且不環保。布線需要使用大量的銅、塑料以及人力等資源,同時你在進行家居裝修或建筑設計的時候總是要給線纜預留位置。因此,我們一直在尋找一種有效的、安全的、可以無線傳輸供電的設備,其中誕生的一個副產品就是微波爐。

      無線充電技術在消費類市場表現出巨大的潛力。在不使用連線的情況下給電子設備充電不但可為便攜式設備用戶提供一種便利的解決方案,而且還讓廣大設計人員能夠尋找到更具創新性的問題解決方法。許多電池供電型便攜式設備均能受益于這種技術,從手機到電動汽車不一而足。

      WPC標準的建立

      為了解決以上的難題,專門針對于無線電源的行業標準組織——無線充電聯盟(WPC)成立了。該組織成立于2008年,由亞洲、歐洲和美國的各行業公司組成,其中包括電子設備制造廠商和原始設備制造商(OEM)。WPC標準定義了
    電感耦合(線圈結構)的類型,以及低功耗無線設備所用的通信協議。在這種標準下工作的任何設備都可以與任何其他WPC兼容設備配對。獲得WPC聯盟的認證的產品,將被標識“Qi”字樣的LOGO,具有“Qi”的終端,可以在所有標有該LOGO的充電板上充電。并且,獲得Qi標識后,不用向WPC聯盟付費。

      這種方法的一個重要的好處是其利用這些線圈來實現電力發送器和電力接收器之間的通信。WPC標準定義了系統的三個主要方面——提供電力的電力發送器、使用電力的電力接收器以及這兩種設備之間的通信協議。在WPC標準下,無線傳輸的“功耗”設定為5W以下,達到這一標準范圍的系統在兩個平面線圈之間使用電感耦合來將電力從電力發送器傳輸給電力接收器。兩個線圈之間的距離一般為5mm。

      除此之外,WPC還定義了電力發射與接收之間的通信協議,包括模擬和數字聲脈沖(pinging);身份識別和配置以及電力傳輸。電力接收器可以根據對充電設備身份的識別決定“終止充電”或進入低功耗狀態。

      無線供電技術現狀

      從目前來看,電力無線傳輸技術主要有三種:電磁感應型(利用電流通過線圈產生磁力實現近程無線供電)、電波接受型(電力轉換成電波近程無線供電)、磁場共鳴型(利用磁場等共鳴效應近程無線供電),以上幾種技術的發展方向始終集中在對電力發送裝置和接受裝置的改進上。

      電波接受型技術的方向主要在于如何提高電流的Q值以及保持傳輸效率,這對于低功率的
    消費電子產品來說意義不大,相對來書磁共振和電磁感應技術更有商用推廣的價值。

      美國麻省理工學院(MIT)于2007年6月、美國英特爾公司于2008年8月分別發表了使用磁場耦合共鳴的技術,使用該技術有望給行駛中的汽車進行充電,盡管其傳輸效率只有40%左右?;诖艌鲴詈瞎缠Q技術,日本索尼公司開發了延長無線傳輸距離的技術“RepeaterDevice”,使用該技術可以不用電源線向遠至50cm的電視機傳輸60W電力。相關的技術也被中國的海爾在2010年美國舉行的CES展上展示其“無尾電視”。

      電感耦合是另一種高效和通用的無線充電方式,主要是分別在供電部分和接收部分設置電極,利用電極間產生的電場來供電的方式。由于在電極之間會產生
    電容耦合效應,因此電場耦合方式也被稱為電容耦合方式。在去年深圳舉行的高交會電子展上,村田就展出了一款支持移動設備充電的電場耦合式無線電力傳輸模塊,通過內置入移動設備的RFIC以及植入充電模塊的充電板,就可以實現“無線充電”功能。

      新型共鳴方式的非接觸充電也已亮相。這就是竹中工務店正在開發的、使用電場耦合共鳴的技術。該技術雖然需要使送電端與受電端緊貼,但卻支持水平方向的錯位,不會象目前已實用化的、由線圈向線圈供電的電磁感應式非接觸充電技術那樣,在異物侵入時會出現發熱、電磁波及高頻波等問題。而且,與電磁感應方式不同,共鳴方式不使用鐵氧體及利茲線圈,因此可降低產品的重量及成本。

      此外,索尼發布的卡片相機TX300V/TX200V,夏普發布的SH-13C手機,均采用無線充電功能,其中SH-13C透過無線充電,將手機搭配的1230mAh電池充滿約需2至2.5個小時。美國高通(Qualcomm)則開發出一款采用磁共振方式進行無線供電的“eZone”,可以為搭配充電臺座的“iPhone”充電。據測試,如果為1000mAh容量的電池充電,2小時內便可充滿。

      除了這些國際廠商,在國內相關的產品也不少。打開淘寶,搜索“無線充電器”,可以看到上百種針對iPhone的無線充電板或手機套,價格從100多元到900多元不等。這種產品(類似產品如“點金石”)一般分為兩個部分:一部分為充電板,另一部分為與手機連接的電源接收器,其實現原理依然是電磁感應,不過毛病也有不少。這些淘寶產品一方面存在發熱量大和電磁輻射的問題;另一方面沒有對于錯誤充電的ID認證方法,容易釀成危險,同時在充電時也無法進行上網等數據傳輸。此外,針對不同的電池,充電的要求也不盡相同。

      無線充電技術的新方向

      “國際上的主流的無線充電研究,都是在向著大功率和遠距離的方向發展,也許20年后會取得巨大的成功。但是我的著眼點是如何可以利用這個技術去減少一次性電池的使用量,減少充電器的種類和數量。方向稍有不同。但我堅信我的方向短期內就能造福人類?!鄙钲谑型貭柨萍加邢薰炯夹g總監趙志斌認為,目前這些國際大廠在無線充電領域的發展方向是錯誤的。

      他的想法是針對手機等產品,要直接把無線充電做進電池,成本要降低到5塊甚至2塊。他的最終目標是把小功率、微功率的無線充電的應用范圍極大的擴展:從手機的電池、MP4、MP3,一直到手電、小臺燈、狗牌、無線鼠標、兒童玩具、遙控器這些目前還在使用一次性電池的領域里,用無線充電加二次電池的方法,減少一次電池用量。他總結了目前市面上主流的幾種產品,認為目前這些產品在發熱量、產品厚度、所占體積方面都仍然不理想,無法大量的推廣使用。

      “目前把無線充電放進電池的,只有夏普,但是它的接收組件,占去了電池的40%的體積呀。也就是說電池的容量只有60%了??墒俏覀兛梢宰龅竭€有90%的容量,只占去電池的10%的體積,或者是更少?!壁w志斌認為,薄型化對于小功率無線充電的應用范圍的影響非常大,只有把體積做到10%以內才有意義。他同時表示,阻礙著無線充電技術應用的最核心的技術,不是電子技術,恰好就是關于如何在電池旁邊可以放置接收線圈并有很薄的厚度的實現方法?!霸谶@個領域上,我們公司無疑走在了世界的前列,可以較好的解決有效隔離磁場和減少屏蔽物質厚度之間的矛盾?!?BR>
      由于電池實際上就是一團金屬,發射線圈產生的交變磁場會使得電池中的金屬產生渦流,轉化為熱量,同時產生反向的磁場,抵消掉發射線圈產生的磁場強度,使得接收線圈接收電壓下降。為了降低電池中的渦流,就必須在接收線圈和電池之間放置一些阻隔磁場的東西,這種東西通常被稱作“磁屏蔽物質”。趙志斌表示,目前國際上針對該種物質的研究,主要集中在強磁場的50赫茲的環境,又或者是弱電磁場的兆赫到吉赫頻段的環境,針對無線充電使用的強電磁場100千赫茲上下的研究幾乎為空白。

      “實際上如果真的有非常的厚度要求的話,可以做到比0.5更薄。因為我們開發出來的屏蔽膜很薄。只有0.1毫米厚,效果比兩毫米厚的鐵氧體還要好。功率損耗比鐵氧體也要低的多。這個領域我們是走在世界的最前列的?!壁w志斌表示,目前他們已開發出0.1毫米厚的屏蔽膜,此前這一領域最領先的廠商為日本的TDK,同時其磁性線圈也號稱可以達到業界最薄。

      但在具體的推廣中,趙志斌也遇到了一些困難,主要是目前除了WPC之外,沒有針對他的產品的行業標準,因為他的設想是不符合WPC標準的。他希望能自己成立一個小功率無線充電聯盟(WMPTC),并且針對國內廠商進行推廣。同時如果要將無線充電裝置做到電池內,還要降低成本,就必須以芯片的形式來做。

      目前只有德州儀器(TI)在WPC的標準下開發了無線充電接收芯片bq51013,但是價格仍然比較昂貴,同時輻射屏蔽方面也存在問題?!拔覀兊慕邮招酒龀鰜砗?,則不會存在這些問題,同時價格也會非常便宜?!壁w志斌認為,要實現無線充電的意義,一定要實現通用化。否則意義并不大。通用化以后,可以大幅度滴減少充電器數量,減少廢棄充電器數量。此外,用無線充電技術加二次電池去替代一次性干電池,更可以大幅度減少廢棄干電池數量。
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