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苹果确定要用无线充电技术,无线充电时代到来了

导读: 虽然传闻iPhone研发无线充电技术已久,但iPhone官方一直未对外公布过相关进展,却反而引得外界更加期待。不过,iPhone近日获得了一个有关无线充电技术的专利,进一步印证了外界对这一功能的猜想。

OFweek通信网讯 关于下一代iPhone的各方面猜测,一直是热点话题之一。其中,对iPhone要采用无线充电技术更是传的沸沸扬扬。虽然传闻iPhone研发无线充电技术已久,但iPhone官方一直未对外公布过相关进展,却反而引得外界更加期待。不过,iPhone近日获得了一个有关无线充电技术的专利,进一步印证了外界对这一功能的猜想。

苹果确定要用无线充电技术,无线充电时代到来了

此前,iPhone曾在2月份加入了Wireless Power Consortium(无线充电联盟),此举被外界理解为iPhone 8支持无线充电的重要标志。无线充电技术不只受到iPhone青睐,三星、黑莓、MOTO都有部分型号支持这一技术,尽管比例还不是太高,但也代表着手机充电方式的一种发展方向。

无线充电,这个听上去高大上的技术究竟是从何而来?怎样才能实现无线充电?现在的发展状况如何?对现如今的市场而言,它有哪些优点能为人们所用,又有哪些特点是会阻碍这一行业进一步发展的?未来,这一技术又能否给手机行业带来革新呢?

一、无线充电由来已久,种类多样各有侧重

说到无线充电技术的起源,可上溯至19世纪末期。因为电能的生产地与使用地之间往往距离很远,彼时有线的输配电系统尚未建立,因而早期的科学家们希望能用无线的方法将电能运送到使用地,由此催生了无线电能传输技术。

许多科学家都针对这个领域做了研究,最为著名的是尼古拉·特斯拉。这是位电气工程师及物理学家,埃隆·马斯克创办的特斯拉公司即是以他命名。这是一位在无线电领域做出了杰出贡献的人,也是位神秘人物。

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他不仅发明了直流电和交流电,据说还制造了通古斯大爆炸,甚至有人认为他是疑似穿越者。之所以今天鲜少有人知道他的功绩,是因为其成果被人为地隐藏和埋没了,但随着互联网的普及、环境的恶化以及时代的变迁,特斯拉的名字与成就又再次被挖掘出来。

再由传奇发明者说回技术本身。早先这种传输技术都是以km为计量单位的远距离大功率的电能传输,然而,以此为目的开展的无线电能传输技术皆以失败告终。不过,相关的基础理论研究却由此延展开来。直至100多年后的今天,我们回头去看当年的无线电能传输标准,会发现仍难以将其变为现实。

到近代以后,无线电能传输的需求逐渐被无线充电需求所取代,即m级或更近距离的电能传输。

而近代无线充电技术的崛起,离不开几个先决条件。

首先,电网系统渐趋完善。在全球绝大多数国家,作为基础设施的电网经历了几十或上百年的发展,都较为完善。电能也不再像以前一样稀缺,基本上有人的地方就有电能供应。因而那种跨区域的长距离无线电能传输的需求已然消亡,近距离电能供应成为新的需求。

其次,电源技术得以发展。20世纪60年代,电力电子以专门学科的姿态出现。而太空竞赛刺激了航天电源的需求,使电源技术得到了进一步完善。经过几十年的时间,开关电源理论以及半导体器件的制作工艺均得到了很大的发展。如今,人类能够更容易地实现高频开关电源,获得更好的功率密度和更高的电源效率。

最后一点很重要,即区域内无线充电需求的提升。随着移动互联网的迅速崛起,各类智能终端的需求急剧扩张。人们在对智能设备的网速、外观、屏幕、效果等方面要求更高的同时,对智能设备的电能需求也不断加剧。但因电池技术的限制,续航能力一直是用户痛点。

这不禁让人怀念功能机时代,那时随便一个手机电量都能支撑一星期。到智能机时代,电池容量增加了3倍,但续航能力却大幅下降。因此,无线充电作为一种简易可行的智能设备充电方式愈发受关注。

有趣的是,无线充电领域的学术界并不太关注智能手机这类小功率消费类电子产品,而更多的是关注大功率等级的如电动汽车领域的无线充电技术发展状况,这与主流汽车厂商为高校的研究提供经费有关。然而,就市场端而言,消费类电子行业的变化与发展速度明显比汽车行业快得多。

从诞生到如今这一个多世纪,汽车虽然也有一些变革和发展,但并无什么本质上的变化。反观消费类电子市场,行业竞争可以用“惨烈”二字形容,这也促使新技术在这一领域会更加快速地得到大规模应用。

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目前,无线充电技术有多种实现方式,常见的有磁场感应、磁场共振、电场感应与电磁波几种。不过,目前最常用的是前两种。

第一种是目前市面上主流的无线充电技术,即磁感应原理。这一技术相当悠久,最典型的代表就是“变压器”。

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在常规变压器中,磁性材料是用来引导原边绕组所产生的大多数磁通的方向。若去掉磁性材料,原本的变压器就变成了空心变压器。如果将原边绕组和副边绕组都制作成平面的形式,就构成了无线充电发射器和无线充电接收器两个关键部分。所以说,感应式无线充电的原理极为简单,其本质与变压器并无区别。

为推广和统一磁感应无线充电技术,香港城市大学主导成立了一个国际标准组织WPC,保证不同厂家所生产的设备之间能够互通共用。2012年底,WPC推出了第一个无线充电的国际标准,即Qi(无线充电联盟)。其名字来自中文“气”,寓意是“无形的能量”。该标准一经推出即备受推崇,主流厂商纷纷加入,截至2015年9月,WPC组织已有217家成员。

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WPC组织部分成员名单

不过,第一代磁感应技术有许多缺陷,如使用时空间自由度低,手机放置需精确,且不能有过多的垂直间隔。这让很多人在使用过程中经常因为对不准位置导致充电失败,极大地影响了用户体验,较高的学习成本也阻碍了这一技术的进一步发展。

为了提供更高的自由空间度,进而改善用户体验,第二代磁共振无线充电技术应运而生。这种共振感应耦合能够将直流电转换为交流电,使线圈产生磁场,或在接收线圈的内部产生交流电。与第一代磁感应无线充电技术相比,磁共振无线充电的核心思想是通过对偶的谐振器件将能量通路控制得更加通畅。

无线充电技术的进一步发展,为智能终端带来了更多的可能。无线充电技术对于智能终端意义非凡,未来的发展亦不可限量。但是,目前无线充电的标准并未高度统一,而且行业的发展仍面临诸多阻碍。

二、无线充电技术对智能终端意义非凡,但行业发展仍面临阻碍

对于智能手机而言,无线充电技术有着非凡的意义。回看智能手机发展史,从小米2012年发布第一款手机始,智能手机厂商就开始了疯狂的配置大战。从双核CPU、1G内存一直厮杀到八核CPU、4G内存,手机摄像头也从500万像素一路飙升至4000万像素。

在硬件配置的比拼结束后,国产智能手机也愈发趋于同质化,因而差异化成为了手机厂商下一阶段竞争的重要因素,以往手机行业对性能参数的追求也将逐渐转化到对用户体验的关注上。因此,无线充电技术发展机会不小。

对于用户而言,近年来智能手机极大地改变着我们的日常生活,甚至成为生活中不可或缺的部分。但是,不管手机功能多强大,续航依然是限制其进一步智能化的瓶颈。在电池技术革命遥遥无期的当下,无线充电技术为我们提供了更多可能。

无线充电可以为我们的日常生活带来许多实质性的益处。最明显的就是能够让我们摆脱线缆的束缚,它能将充电器、数据线等技术内置到各种日常用品中,并且隐藏的毫无痕迹。此外,由于无线充电技术无需接口,制造商就能关闭潜在入口,可阻挡水、灰尘与其他具有腐蚀性的物质。

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尽管无线充电技术有种种好处,但这一行业存在的缺陷也是显而易见的。

第一,无线充电行业尚无统一标准。现有的PMA、Qi和A4WP都试图成为全球通用的最终标准,但目前的状态可以说是势均力敌。Qi已在前文提及。A4WP是在2012年由高通、三星、博通、Intel等公司主导成立的,截至2015年9月,A4WP已经成员150家,并在同年与PMA合并。照此趋势看来,统一也并非不可能,但需一个循序渐进的过程。

第二,无线充电技术效率不高,耗时较长。这是因为在磁场产生的过程中,能量从发射到接收几乎损失了一半,这也是为何无线充电技术不及有线迅速的原因。

第三,无线充电技术成本昂贵。这个成本除了金钱成本之外还有心理成本。由于普及度不够,许多人对无线充电技术概念的理解可以说是十分不到位的,大部分用户得知手机仍要放在无线充电器上,而且这个无线充电器仍需通过USB线连接电源时,普遍表现出失望的情绪。

过高的心理预期对于技术的普及也会产生阻滞作用,同时,用户也担心无线充电技术所带来的辐射问题。此外,市面上支持无线充电功能的机型尚不算多,如果加接收器会占据用户的USB接口,在有线和无线之间的频繁切换更为麻烦,反而违背了这一技术的初衷。

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不可否认的是,无线充电技术经历了长时间的发展,已渐趋成熟。结合当下移动终端市场的整体情况来看,无线充电技术有着广阔的发展空间。然而,发展之前需克服诸多阻碍,促使行业进一步成熟,才可能让这一新技术拥有更加良性的发展环境。

责任编辑:zhouyi
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