早在19世紀末，無線充電技術(shù)就已經(jīng)出現(xiàn)了，當時電子學先驅(qū)尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）展示磁共振耦合技術(shù)，它在兩個電路（也就是發(fā)射器與接收器）之間創(chuàng)造一個磁場，從空中傳輸電力。
一文讀懂無線充電：它是怎樣工作的？有哪些技術(shù)標準？
然而在過去大約100年的時間里，這種技術(shù)并不怎么實用，只有少量電動牙刷使用。
到了今天，使用的無線充電技術(shù)大約有5-6種，它們的目標是一樣的：剔除線纜，讓智能手機、筆記本、廚房電器、汽車都用無線技術(shù)充電。
無線充電技術(shù)正在向醫(yī)療保健、汽車、制造業(yè)滲透，因為它能增強移動性，讓小型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備遠程接收電力，與充電器相隔幾英尺也能充電。
看看目前最流行的無線充電技術(shù)，它依賴電磁場，也就是兩個銅線圈之間的電磁場，這種技術(shù)有著嚴格的距離限制，設(shè)備與充電器之間的距離不能太遠。蘋果在iPhone 8和iPhone X手機上植入的無線充電技術(shù)與此類似。
無線充電如何工作的
IHS Markit研究主管大衛(wèi)·格林（David Green）解釋說，大體來講，目前的無線充電技術(shù)有三種。一種是充電墊，它用到了緊密耦合電磁感應(yīng)技術(shù)或者短程充電技術(shù)。一種是充電碗或者穿透表面的充電器，用到了松耦合電磁諧振充電技術(shù)，可以相隔幾厘米傳輸電力。還有一種是解耦合RF無線充電技術(shù)，充電距離比較遠。
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不論是緊密耦合電磁感應(yīng)還是松耦合電磁諧振充電，二者遵循的物理原理是一樣的：都有一個根據(jù)時間變化的磁場，感應(yīng)電流在密閉的線圈內(nèi)流動。
它們是這樣工作的：磁回路天線（銅線圈）創(chuàng)造一個振蕩磁場，它在一根或者多根接收器天線上生成電流。如果加入合適的電容，回路就可以用同樣的頻率共振，接收器中的感生電流也會增加。諧振感應(yīng)充電和磁諧振充電就是這樣實現(xiàn)的，該技術(shù)有一個優(yōu)點：發(fā)射器與接收器的電力傳輸距離可以拉長，提升效率。線圈的尺寸也會影響電力傳輸?shù)木嚯x。線圈越大，或者線圈數(shù)量越多，傳輸?shù)木嚯x越遠。
以智能手機無線充電墊為例，銅線圈的直徑只有幾英寸，電力高效傳輸?shù)木嚯x受到嚴重限制。
當線圈增大，就可以用無線方式傳輸更多的電力。WiTricity公司就是這樣做的，它向眾多行業(yè)（比如汽車、風力渦輪、機器人）授權(quán)松耦合諧振技術(shù)。
2007年MIT物理學教授Marin Solja?i?證明他可以讓電力傳輸2米遠，當時如果按這樣的距離傳輸，效率只有40%，也就是60%的電力會在傳輸過程中損失掉。2007年年末，Marin Solja?i?成立了WiTricity公司，目標是將技術(shù)商用，自此之后電力傳輸效率持續(xù)提升。
在WiTricity汽車充電系統(tǒng)中，大型銅線圈（接收器線圈直徑約為25厘米）可以延長傳輸距離，讓電力在最遠25厘米的距離高效傳輸。WiTricity CTO莫里斯·科斯勒（Morris Kesler）說，因為用到了諧振技術(shù)，傳輸?shù)碾娏Ω啵ㄗ罡?1千瓦），效率也更高（端到端效率高于92%）。WiTricity將電容器放進感應(yīng)回路，這樣就可以捕捉更多的電力，給電池充電。
除了用在汽車上，技術(shù)還可以用在其它地方。去年，日本機器人制造商Daihen Corp開始提供無線電力傳輸系統(tǒng)，它就是用WiTricity技術(shù)開發(fā)的，系統(tǒng)主要給無人引導(dǎo)車（automatic guided vehicles）使用。AGV安裝Daihen D-Broad無線充電系統(tǒng)之后，我們只要將車輛拖到充電區(qū)就會充電，然后就可以在倉庫工作了。
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遠距離充電仍然挑戰(zhàn)重重，正因如此，公眾看到的無線充電設(shè)備主要還是充電墊。
格林說：“自2015年以來，充電墊已經(jīng)大規(guī)模出貨；充電碗/穿透表面的充電器今年才推出；如果想橫跨房間充電，技術(shù)大規(guī)模商用至少還要1年時間——Energous展示過新產(chǎn)品，證明這種方法是可行的，只是目前的傳輸距離很短，只有幾厘米。”
2016年出貨的無線充電設(shè)備超過2億臺，幾乎所有設(shè)備都采用感應(yīng)（充電墊）設(shè)計。
9月份，蘋果終于接受無線充電技術(shù)，比其它手機制造商落后一步，蘋果引入了WPC Qi技術(shù)，三星及其它Android智能手機商已經(jīng)使用這種技術(shù)至少2年了。
第一批移動設(shè)備無線充電器大約6年之前推出，使用緊密耦合或者感應(yīng)充電技術(shù)，用戶必須將智能手機放在充電墊的某個位置，否則無法充電。
Navigant Research分析師本杰明·弗里亞斯（Benjamin Freas）說：“在我看來，要將設(shè)備與充電墊對齊充電，過程并不比直接插線省太多事。”弗里亞斯說，雖然早期接受者、技術(shù)愛好者購買感應(yīng)充電器，其它人卻沒有興趣。
2012年9月，諾基亞920手機推出，它是第一款植入無線充電技術(shù)的商用手機，諾基亞用的是Qi技術(shù)。
無線充電標準大戰(zhàn)
在過去幾年里，有三個無線充電標準組織競爭，它們關(guān)注感應(yīng)和諧振充電技術(shù)。三個組織分別是A4WP（Alliance for Wireless Power）、PMA（Power Matters Alliance）和WPC（Wireless Power Consortium）。WPC有296個成員，包括蘋果、谷歌、Verizon。
WPC搭建了最流行的無線充電標準Qi，它支持感應(yīng)充電、充電墊充電、短距離（1.5厘米甚至更近的距離）電磁諧振感應(yīng)充電。蘋果用的就是Qi標準。
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PMA開發(fā)了Powermat諧振充電技術(shù)，它最開始時將技術(shù)用在咖啡店和機場內(nèi)，取得一些成功。例如，星巴克2014年開始部署無線充電墊。
標準彼此競爭，移動設(shè)備市場很分散，大多移動設(shè)備需要一種適應(yīng)性更強的無線充電標準。
2015年，A4WP和PMA聯(lián)合，成立AirFuel Alliance，現(xiàn)在聯(lián)盟有110個成員，包括戴爾、Duracell、三星和高通。
Duracell Powermat是AirFuel Alliance的一部分，它說自己在美國已經(jīng)擁有1500多個充電點，通過Powermat的合作伙伴PowerKiss提供服務(wù)。PowerKiss在歐洲機場、酒店、咖啡店設(shè)有1000個充電點。AirFuel還說，一些麥當勞餐館也使用自己的無線充電技術(shù)。
AirFuel關(guān)注電磁諧振和RF技術(shù)
AirFuel關(guān)注兩種充電技術(shù)：一種是電磁諧振技術(shù)，一種是RF技術(shù)，你可以在空間內(nèi)移動，移動時可以給設(shè)備充電。
AirFuel新聞發(fā)言人桑托斯克（Sharen Santoski）說：“市場告訴我們諧振與RF才是未來發(fā)展方向。這兩種技術(shù)在空間自由度方面有優(yōu)勢，而且容易使用容易安裝，這些優(yōu)勢相當重要，它可以創(chuàng)造市場價值，提高客戶滿意度。我們認為，如果想在短期之內(nèi)在公共基礎(chǔ)設(shè)施廣泛部署無線充電服務(wù)，諧振是最好的選擇。”
桑托斯克說，越來越多的咖啡店、餐館、機場已經(jīng)引進諧振無線充電站。他還說中國投資很大，中國臺灣也一樣。
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AirFuel最近公布一個項目，在臺灣桃園機場地鐵（Taoyuan Airport Metro）提供無線充電服務(wù)，AirFuel將諧振充電技術(shù)帶到了地鐵和地鐵站。家具制造商Order Furniture也設(shè)計一套諧振充電家具。
弗里亞斯說：“如果每一個餐館和咖啡店都引入無線充電技術(shù)，大家就會更愿意使用它，就會買一個充電墊放在家里。”不過弗里亞斯還說，目前的大多項目都是試點項目，消費者和企業(yè)不太喜歡緊密耦合充電技術(shù)，而是喜歡松耦合諧振充電技術(shù)。為什么？因為使用松耦合技術(shù)時空間自由度更高，你只要將手機、平板、筆記本放在桌面就可以充電。
WiTricity與汽車無線充電
7月份，戴爾推出Latitude筆記本，這款筆記本用到了WiTricity諧振無線充電技術(shù)。戴爾無線充電器的充電功率最高30瓦，換言之，Latitude用無線充電器充電的速度跟線纜-插座充電是一樣的。
WiTricity的關(guān)注焦點是汽車產(chǎn)業(yè)。它是AirFuel聯(lián)盟的成員，按照WiTricity的估計，許多電動汽車制造商都會在汽車內(nèi)植入無線充電技術(shù)。使用WiTricity電磁諧振技術(shù)，電力最多可以傳輸9英寸的距離。這樣一來，我們只需要將汽車停在大型充電墊上就能充電。
例如，奔馳今年推出S550e插電式混合動力汽車，它用到了WiTricity技術(shù)，將S550e停在充電墊上，汽車就會充電，效率比插線還要高。
科斯勒說，電動汽車使用的技術(shù)是一種量身定制的電磁諧振技術(shù)。汽車不需要充電線，無線充電墊傳輸電力的效率比線纜還要高。如果是有線充電系統(tǒng)，要用電子設(shè)備將AC轉(zhuǎn)化為DC，調(diào)節(jié)電流，導(dǎo)致效率下降到86%左右?？扑估辗Q：“如果使用我們的無線充電系統(tǒng)，端到端效率約為93%，所謂端到端就是從墻壁傳到電池的效率。”
遠距離無線充電
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本月，蘋果收購PowerByProxi，行業(yè)嚇了一跳。PowerByProxi是一家新西蘭公司，它開發(fā)松耦合諧振充電技術(shù)，用的也是Qi標準。
PowerbyProxi是2007年成立的，創(chuàng)始人名叫法迪·米什瑞奇（Fady Mishriki）。PowerByProxi展示過充電盒、充電碗產(chǎn)品，可以同時給多款設(shè)備充電。PowerbyProxi開始向建筑、通信、國防、農(nóng)業(yè)等行業(yè)銷售大型系統(tǒng)。當中有一個無線控制系統(tǒng)專門給風力渦輪使用。
PowerByProxi是WPC Steering Committee的成員，它縮小技術(shù)，植入AA充電電池，不必將技術(shù)直接放進設(shè)備。無線充電技術(shù)占用的空間大約只有AA電池高度的10%。蘋果可能會將PowerByProxi技術(shù)放進產(chǎn)品，擴大無線充電技術(shù)的應(yīng)用范圍，不只用在手機上，電視遙控器、計算機外設(shè)及任何使用電池的設(shè)備都能用。
就目前來說，無線充電技術(shù)主要用在移動設(shè)備充電墊上，不過技術(shù)正在向其它領(lǐng)域滲透，比如倉庫機器人、小型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。
Ossia與Energous已經(jīng)證明過，無線充電距離最遠可以達到15英尺（約4.57米）。Ossia充電器可以將2瓦的電力傳輸最遠7英尺（約2.13米），如果超過這一距離，效率就會迅速下降。Ossia CEO馬里奧o奧貝達特（Mario Obeidat）說，即使距離達到30英尺（約9.14米），能夠傳輸?shù)碾娏σ彩呛艽蟮摹?/p>
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奧貝達特還說：“每天我會在辦公室呆8-10小時，可以充半瓦或者一瓦的電量，系統(tǒng)一直給我的設(shè)備充電。如果5小時就能給設(shè)備充滿電，那就很好了，因為你一直呆在那里。”
VC公司Sorenson Capital的總經(jīng)理羅勃·呂克特（Rob Rueckert）說：“我用過Ossia和Energous產(chǎn)品，技術(shù)很好。”呂克特相信，與充電墊甚至充電盒相比，遠程充電更有魅力，因為充電墊充電盒要求移動設(shè)備與電源緊密連接。
Energous WattUp和Ossia Cota移動設(shè)備充電系統(tǒng)有點像無線路由器，它將RF信號發(fā)送出去，讓穿戴和移動設(shè)備接收。電路板組成小型RF天線，ASIC與軟件組成無線電力接收器。
Cota裝有多天線管理芯片，芯片尺寸約為4x4毫米。Cota電力發(fā)射器可以裝進形態(tài)多樣的設(shè)備，比如吊頂板、桌子、玻璃、電視、汽車儀表板。
發(fā)射器自動偵測Cota設(shè)備，上面還有溫度感知單元，可以防止過熱。
奧貝達特解釋說：“我們管它叫真正的無線電力。我們的技術(shù)與市場上的其它技術(shù)（比如Qi）有點不同，我們可以遠程傳輸大量電力。如果是其它技術(shù)，你要將設(shè)備放在充電墊上。正因如此，充電時你不能使用設(shè)備。”奧貝達特還說Cota技術(shù)可以穿透墻壁，就像Wi-Fi路由器一樣。奧貝達特補充道：“我們的技術(shù)強調(diào)不可知論。未來，你可以將發(fā)射器放在房間內(nèi)，同時給手機、平板、智能手表充電。”
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Ossia還想將技術(shù)植入零售貨架商品的電子標簽，這樣一來標簽就可以將產(chǎn)品信息告訴購物者，不需要員工放置物理標簽，也不需要更換價格標簽。
有些人可能會嘲笑，說這樣的技術(shù)只能傳輸幾瓦的電力，盡管如此，投資者卻很重視。例如，加州Energous 2014年上市，融資2500萬美元。Energous開發(fā)的WattUp充電器用藍牙無線通信技術(shù)充電。和Ossia Cota一樣，WattUp傳輸?shù)碾娏苡邢?。正因如此，Energous的目標是為移動設(shè)備提供電力，而不是筆記本、更高容量的電池。
