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速途专栏iphone5将采用无线供电技术

发布时间:2020-02-11 06:13:37 阅读: 来源:PVC排水管厂家

(速途网专栏 作者:何玺)关于iphone5的传言是越来越多了。前不久才有媒体爆料说iphone5将可能采Liquidmetal合金外壳,上周又有媒体报道iphone5将会使用无线供电技术。无线供电作为一种新型的非接触式充电技术,现推广于小家电,手机充电等,有很大的前景。下面我们一起来了解一下无线供电的相关知识。

无线供电的历史

它源于无线电力输送技术,利用磁共振在充电器与设备之间的空气中传输电荷,线圈和电容器则在充电器与设备之间形成共振,实现电能高效传输的技术。

无线供电的历史可追溯到一百多年前,当爱迪生还在大肆鼓吹并建立他的直流电供电帝国时,他当年的跟班尼古拉·特斯拉却发明了交流电马达,而且这个老兄认为,交流电更适于整个城市的供电系统,因此他开始尝试用交流电来营造整个城市的供电体系。最终尼古拉·特斯拉和他的交流电打败了爱迪生,也建立我们现在整个世界的供电系统。

在交流电上的一战成名虽然没给特斯拉带来巨大的经济利益(当初交流电发展窘迫,特斯拉放弃了自己的专利利益),但是却给他带来了足够的名气。让他有能力吸引风险投资商。搞定了全世界的有线供电问题,特斯拉又高瞻远瞩地看到电线是如此多余,自1890年起开始构想无线输电的方案,决心设计无线供电系统。

1900年,特斯拉得到了150,000美金的研究经费(51%来自于J.P.摩根),并开始计划建造华登克里夫塔(Wardenclyffe Tower),这个塔一度被当时的报纸称为“特斯拉的百万大建筑”,特斯拉希望用这个塔进行跨大西洋的无线电广播和无线电能传输实验。有了钱的特斯拉最终建成了一座高187英尺的铁塔,铁塔顶部有一个直径为68英尺的半球型圆顶。铁塔尚未完工,特斯拉就迫不及待地开始了他的实验。甚至有人怀疑,1908年的通古斯大爆炸也与特斯拉的华登克里夫塔有关,由于纽约市民关于华登克里夫塔实验现象的描述和通古斯事件目击者观察到的征状相符,同时在通古斯大爆炸前后,特斯拉曾多次到图书馆查阅中西伯利亚地区的地图。通古斯大爆炸之后,特斯拉停止了无线电能传输实验。后来因为摩根的撤资,特斯拉陷入了经济困难,华登克里夫塔也被拆除抵债。

尽管特斯拉的研究最终没有结果,但是他当初的无线输电构想绝对是足够大胆。他把地球作为内导体、距离地面约60km的电离层作为外导体,在地球与电离层之间建立起大约8Hz的低频共振,再利用环绕地球的表面电磁波来远距离传输电力,最终可以实现向全球供电的目的。

无线供电技术

1、电磁感应

最早的无线供电技术依托于电子达人迈克尔·法拉第在1831年发现的电磁感应理论,这促成了最早的近距离无线供电技术投入实际应用。1885年根据这种原理制作的变压器至今仍在使用,随便拆开一个家用变压器,就可以看到变压器里会有两组导线缠在一个铁芯框架上,但它们彼此并没有直接相连,完全依靠空气中的电磁感应传输能量。

现代社会,这种电磁感应式的无线供电系统得到了更加广泛地应用,最早使用电磁感应原理的是电动牙刷。电动牙刷经常接触水,无法采用直接充电的方案。电动牙刷在充电座和牙刷中各有一个线圈,当牙刷放在充电座上时就有磁耦合作用,类似一个变压器,感应电压整流后就可对镍镉电池充电,整个电路消耗功率约3W。除此之外,我们使用的公交卡,第二代身份证和很多可以记录信息的卡片都采用了无线供电技术。这类卡片都拥有类似的内部结构,一小块芯片和一个线圈。卡片中的整个电路部分并不包含任何供电的模块,当我们将这个卡在读卡机上晃动时,读卡机周围会形成一个快速变化的磁场,卡片中的线圈在进入这个磁场时就会产生感应电流,这个电流就可以给内部的芯片供电,芯片就可以对外发射信号,将自身的信息发送给读卡器。接下来读卡器就可以判断出目前卡中有多少余额,并完成扣款操作。

使用电磁感应来进行无线供电虽然是非常成熟的技术,但是这种输电技术会受到很多限制。其中最严重的就是低频磁场会随着距离的增加而快速衰减。如果要增加供电距离,只能加大磁场的强度。然而,磁场强度太大一方面会增加电能的消耗,另一方面可能会导致附近使用磁信号来记录信息的设备失效,例如银行卡上的磁条会彻底损坏。此外,电磁感应是将线圈中的电流直接以电磁波形式进行1cm以下的近距离收发,由于电磁波是向四面八方辐射而大量散失,因此效率较低,通常它只适合相互“贴着”的小功率电子产品。

电磁感应方式的无线充电存在一个致命的缺陷,就是距离太短。随着距离的增加,充电过程中的电能损耗将变得非常大。

2、无线电波

电磁波,俗称无线电波,它是人们非常熟悉的一个东西。正是由于它被发现,才奠定了广播、电视和现代通信技术的基础。电磁波不仅能传输信号,它也能传输电能,特别是微波的能量传输能力最强。微波是指那些频率在300MHz到300KMHz之间的电磁波,它的波长在1m到1mm之间。因为电磁波的频率越高,能量就越集中,方向性也越强。因此,使用微波来进行无线能量传递也是一种可行的办法。通过硅整流二极管天线将微波转换成电能,转化效率可以高达95%以上。

目前离我们最近的电磁波输电技术来自美国一家名为Power Cast的公司,该技术可以为各种电子产品充电或供电,如手机、MP3等等。整个系统主要包含了两个部件,即Power Caster的发射器模块和接收器模块,前者可插在插座上,后者则嵌入在电子产品上。发送器发射安全的低频电磁波,接收器接收电磁波,据称约有70%的电磁信号能量可以转换为直流电能。该项技术的最大特点在于,它独特的电磁波接收装置,能够根据不同的负载、电场强度来作调整,以维持稳定的直流电压,这也表示在空中乱喷的电磁波功率,能够被减到最低。无线能量传输的方向性也更容易得到控制,即使是从墙上回弹回来的电磁波能量也可以被接收。另外与其他厂商的产品相比,Power Cast公司的产品造价低廉,基本接收装置成本只需5美元。只需要一个安装在插座上的发送器,以及可以安装在任何低电压产品上的“蚊型”接收器,就可以把无线电波转化成直流电,在约1m范围内为不同电子装置的电池充电。Power Cast声称已与生产手机、MP3、汽车配件、体温表、助听器及人体植入仪器等逾百家公司签署了合作协议。

3、共振输电

除了目前已经广为人知的电磁感应和微波无线输电技术外,最近几年又出现了一种新的无线输电技术,这项技术传输能量依靠了共振的原理。

共振是一种非常高效的传输能量方式。共振进行的能量传输甚至可以引起的铁桥坍塌、雪崩等灾害,高音歌唱家唱歌时引发的共振可以震碎身边的玻璃杯。这一原理的基本含义就是:两个振动频率相同的物体之间可以高效传输能量,而对不同振动频率的物体几乎没有影响。

2007年6月,麻省理工大学的物理学助理教授马林·索尔贾希克和他的研究团队公开做了一个演示。他们给一个直径60厘米的线圈通电,点亮了大约2m之外连接在另一个线圈上的60瓦灯泡。这项被命名为“WiTricity”的技术就是运用了共振的原理,通过一个磁共振系统进行电能传输。

普通的电磁感应技术被用于短距离无线电力传输,因为磁场能量会随距离的增加而迅速衰减,因而在传统的磁感应中,距离只能通过增强磁场强度来增加。与此不同,Witricity使用匹配的谐振天线,可使磁耦合在几英尺的距离内发生,而不需要增强磁场强度。在这项技术中,发送端和接收端的线圈被调校成了一个磁共振系统,通电后能够以10兆赫兹的频率振动。当发送端产生的振荡磁场频率和接收端的固有频率相同时,接收端就产生共振,从而实现了能量的传输。根据共振的特性,能量传输都是在这样一个共振系统内部进行,对这个共振系统之外的物体不会产生什么影响。这个原理就像是几个厚度不同的玻璃杯不会因为同一频率的声音而同时炸碎一样。

这个技术的优势在于,当发射端通电时,它并不会向外发射电磁波,而只是在周围形成一个非辐射的磁场。这个磁场用来和接收端联络,激发接收端的共振。因此在传输能量时的损耗可以做到更小。它所消耗的电能只有传统电磁感应供电技术的百万分之一。而且在远距离电力传输时,这项技术产生的磁场也更小,强度只和地球磁场强度相似,完全不用担心会产生什么不良影响。

无线供电技术的优缺点

《无线充电技术》的优点:

1,利用无线磁电感应充电的设备可做到隐形,设备磨损率低,应用范围广,公共充电区域面积相对的减小,但减小的占地面积份额不会太大。

2,技术含量高,操作方便,可实施相对来说的远距离无线电能的转换,但大功率无线充电的传输距离只限制在5米以内,不会太远。

3,操作方便。

《无线充电技术》的缺点:

1,虽然设备技术含量高,但设备的经济成本投入较高,维修费用大。

2,因实现远距离大功率无线磁电转换,所以设备的耗能较高。无线传输的距离越远,无用功的耗损也就会越大。

3,《无线充电技术》设备本身实现的是二次能源转换,也就是将网电降压(或直接)变为直流电后在进行一次较高频率的开关控制交流变换输出。由于大功率的交直交电流转换是进行电能的二次性无线传输原因,所以电磁的空间磁损率太大。

4,因为采取无线传输,磁能的无用功耗损会随着《无线充电设备》的功率增高而上升。

5,无线充电设备的电磁辐射会对生物造成很多不利的因素。(以上资料收集于网络)

了解了这么多关于无线供电的知识,我们现在知道,无线供电看似美好,但是想要在现阶段大规模商用并不现实。虽然之前有媒体报道说苹果正在研发无线供电先关技术,也有媒体猜测未来的iPhone(甚至是2012年推出的iPhone)产品可能将具有无线充电功能。但何玺认为,就现在来看,iPhone 5应该不会在现阶段使用无线供电技术。

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