电源助理

概述 该公司首席执行官波利亚金表示，这种电源的工作方式有点像RFID电子标签。电子标签通常由阅读器和标签构成，阅读器利用天线在周围形成磁场，与阅读器发射频率调谐的“标签”从磁场中获得能量后转换为电信号发送给阅读器。 这种无线电源也有一个相当于“阅读器”的基座和一个将电磁波转换为电流的“标签”，只不过其基座是一块几毫米厚的垫子，大小可根据需要确定，可以放在桌子上，也可以镶嵌在厨房工作台表面或墙上，它通过电磁场向携带“标签”的电器输电，只要将带有“标签”的电器放到垫子上或垫子附近，即可获得电力。 据称，这种无线电源基座中的发射器能传输1瓦电力，可为4—5个中型电器和一些小电器供电。由于摆脱了电源线和插座的困扰，电器使用起来更加方便，可随意将电视放到房间的任何位置而不必担心附近有没有电源插座，也不用担心被电线绊倒。此外，该电源还具有自我调节功能，可根据电器的工作状态调整供电，使电磁辐射降到最小。 目前，该产品已受到一些电器制造商和服务行业的关注，美国曼哈顿的几家宾馆已安装了这种装置。该公司表示，他们计划明年初将其推向市场，最初使用时要专门为电器配备一个能量接收和转换装置，今后他们拟像蓝牙设备一样将其设计到电器产品中。 目前各式各样备受吹捧的无线产品或许应该被明确称为无线‘通讯’装置才更恰当，因为从某方面来说，它们仍然需要藉由一条电线把电源从墙上的插座传送到设备中，而不是全然的‘无线’。但另外一方面，人们早已能够利用无线方式将数百千瓦的电源成功地进行远距离传输。虽然对於无线电源传输的关注长久以来都集中在百万瓦级(MW，如太阳能收集)或毫瓦级(mW，如RFID)，而现在正是将这项技术导入到各种可携式无线应用中的最佳时机。 发展史 通过波束发射电源的想法并不新奇。早在1899年，Nikola Tesla在Wardenclyffe进行的无线电源传输实验就证明，可以在不使用电线的情况下点亮25英哩以外的氖气照明灯。 而成立於1934年的美国联邦通讯委员会(FCC)，则将2.4-2.5GHz的频段保留给工业、科学和医疗(ISM)领域，使人们可以在该范围进行重要的科学研究。早於二次世界大战期间，就已利用磁电管将电能成功转换成微波的技术，但是将微波转回电流的方法却一直到1964年，William C. Brown才成功地研发出一款可将微波转换成电流的矽整流二极体天线。 1968年，Peter Glaser提出了在电源能量远低於国际安全标准的条件下，利用微波从太阳能动力卫星向地面传输电源的想法；而在1987年1月7日的一项固定高海拔中继平台(SHARP)实验中，一架小型飞机透过RF(无线射频)波束提供的动力在空中飞行。此次飞行首开国际航空联盟实验之先河。 最後，在1995年，美国航空暨太空总署(NASA)建立了一个集研究、技术与投资於一身的25MW太阳能动力系统(SPS)，而日本的目标则是在225年建立一个低成本的示范模型。 传输原理 通过定向天线发射RF电源其实是一个无损耗的过程，其产出效率大概在85%左右，足以与任一款高性能的开关调节器相媲美。两个天线之间的能量传输效率由天线的尺寸、RF波的波长以及两天线间的距离来决定(这里为了简化问题假定无传输损耗，因此方程式中不包含波束强度)。如果假设发射天线直径为DT、接收天线直径为DR、RF波长为λ(λ=1/f，f为RF频率)、天线距离为H，而k为一比例常数(通常选择1.2)，我们可以得到： DTDR=2kλH 当然也必须考虑到电源密度的问题。例如，美国食品暨药物管理局(FDA)强制规定在距微波炉表面两英吋处，每平方公分的微波辐射应为5毫瓦。除了满足方程式之外，这样的安全要求也可能会对天线尺寸的迷你化加以限制。 无线电源传输的需求前景非常明朗。目前有关的建置技术已经解决，现在所必须努力的就是大规模将该技术从百万瓦级和毫瓦级应用向可携式运算、消费和通讯设备领域扩展。因为既然已经省去了讯号线，就使得无线通讯装置中的电源线显得异常突兀和刺眼。例如目前的平面电视可以挂在墙上，如果电源也能不必插到墙上的插座那就太棒了。 发展前景 继收集周围环境中的杂散电源之後，波束电源传输应该是接下来要做的事情。从产业角度来看，电源收集本身虽然是一个新概念，但是目前已经逐渐为技术人员所接受。 事实上，有人可能会认为在目前的状况下，将‘收集’形容为‘净化’也许更为恰当，因为这个概念主要是指对漂浮在空气中的杂散能量进行搜索和收集。尽管目前的能量收集技术主要关注的是电源链接收端的波束电源，而实际上就整个产业来看，能量收集应该是从源头开始的整个过程，并将能量收集的模式从‘能量在你所能发现之处’转变为‘能量始於无线建置之处’。 目前至少有6、7家公司提供磁耦合技术，大都采用的是感应方法。 以色列的Powermat公司押宝其专有方法。“与需要很大充电空间的系统不同，我们的系统很紧凑，”Powermat 公司总裁Ron Ferber说，“这就是为什么我们的充电板可以做得很薄的原因，而且我们的电子产品可缩小嵌放在墙壁和天花板表面上。 该技术既可用于诸如手机等功耗相对较低的产品，又可用于笔记本电脑等功耗较高的设备，Ferber说。Powermat公司在CES上展出了预计在秋季面市的产品原型，售价在5到14美元。 据Randall介绍，WildCharge所采用的传导方法使其成本更低，使用更方便。因该技术采用的是待充电设备的金属触点直接与充电板上专有形状的针脚对接的方法，所以用户不必直接把待充设备放到嵌入在充电板的线圈上。“无论你如何安放待充电设备，都对应一个正极和负极。”Randall说。该方法最高可输送15W功率。 WildCharge把该技术授权给Griffin International公司，后者已为充电电池开发出一款零售产品。 英特尔的研究人员正在开发一种无需物理接触的方法。它采用一种由麻省理工学院最先研发的磁共振技术，英特尔在其28年8月召开的年会上，采用相对大的线圈在3英尺的距离内以1MHz频率输送出6W的交流电，接通了一只白炽灯。28年12月，英特尔在其实验室内，以3英尺的距离输送出12W的直流电为一款小型笔记本电脑供电。 英特尔的目标是找到一种能为其笔记本电脑用户提供无线电源功能的方法。目前，其线圈大小“正好可放在笔记本电脑的折盖内”。英特尔研究小组的首席工程师Joshua Smith说。 联盟标准 若用户打算用一个充电板给不同厂商的产品充电，则行业需要标准。无线充电联盟已经制定这样一个标准，命名为“QI标准”。 该组织最初的目标是为以大概12kHz的频率传输5W的感应系统制定一个规范。随后是为用于笔记本电脑的1W系统制定规范。 该联盟包括：两家有各自无线电源技术的初创公司——ConvenientPower和Fulton Innovation；器件供应商国家半导体和TI；潜在用户罗技、奥林巴斯和飞利浦；电池制造商三洋；以及飞利浦的ODM——深圳桑菲消费通信有限公司。 “我们的理想是使OEM以低至1美元的成本生产出电能接收器。”ConvenientPower公司总裁Camille Tang说。 “联盟内有一种建设性的氛围。”Schuessler表示。他称29年的目标“雄心勃勃，但并非遥不可及。” 手机、笔记本电脑的无线数据收发技术，在传输速度高速化等方面，正在稳步发展。但也有一项技术，技术人员和研究人员虽然长年企盼，却总是难以实现。那就是能够无线传输电力的“无线电源”。 今年，在这一领域发生了革命。美国麻省理工学院（MIT）研究小组利用其试制的无线电力传输装置，向约2m以外的6W灯泡供电，成功点亮了灯泡。这一消息在《科学（Science）》网络版——“《科学快讯（ScienceExpress）》”上一经刊登，欧美各大新闻媒体即表现出浓厚的兴趣，“GoodbyeWires”、“WirelessPower Transfer”的标题在全球媒体随处可见。 命名 在此之前，MIT研究小组曾经通过数值计算进行过理论分析，但是试制装置证实传输电力可行还是首次。关注的焦点是，该装置使用了不同于以往思路的方法以及电力传输效率在传输距离为2m时高达4%。该装置利用1对具备LC电路特性的天线，MIT称其为“磁场耦合共振器（magneticallycoupledresonators）”。MIT研究小组把这一技术概念命名为“Witricity”。不过，对于何时可实用化，可传输到何种程度的电力以及对人体的安全性等，关于Witricity的详细情况，目前依然存在诸多不明之处。 领导MIT研究小组的物理学助理教授马林·索尔贾希克（MarinSoljacic）已确定接受《日经电子》邀请访问日本。在《日经电子》主办的“无线电源革命研讨会——电源线消失之日”上发表演讲。这将是索尔贾希克首次就Witricity在日本发表演讲，我们也对演讲的内容充满期待。 策划这次技术研讨会，起因源于《日经电子》27年3月26日的特辑“电源终将走入无线”。在这期特辑的采访中，接受采访的技术人员和研究人员曾多次向我们询问“MIT及美国风险公司的开发动向”，令记者感受到这一话题的受关注程度。该领域的日本技术人员经调查已对MIT的行动和在欧美成立了多家无线电源风险公司的情况有所了解，对相关动向极为关心。 如果无线电力传输攻克效率、安全等方面的技术课题，达到实用水平，那么，企划出颠覆以往常识的产品将成为现实。即使可传输的电力十分微弱，也会有非常有益的用途。美国风险公司——Powercast的无线电源技术就是一个例子。该公司的无线电源技术已经得到了美国匹兹堡一家动物园的采用（该公司前身——原美国FireFlyPowerTechnologies的技术），用于对企鹅笼舍中温湿度传感器的充电电池进行远程充电。动物园为了延长使用多块电池的电源系统的循环寿命，在温度低于冰点的笼舍中，采用了无线输送微弱电力的方法。Powercast表示，荷兰飞利浦电子（RoyalPhilips Electronics）将在27年内上市基于该技术的照明器具。 获得发展 MIT、Powercast等在欧美的数米距离电力传输技术受到了关注，同时，在日本手机厂商间，另一项“使电源线消失”的技术也在稳步发展，那就是“非接触充电技术”。利用该技术，只需把手机放到专用台上，就可以进行充电。设想可以应用于突出防水性能的手机，以及同时对手机、无线耳机等多种便携产品进行充电。不仅手机，为了把该技术应用于数码相机等其他便携产品，相关的开发也在进行当中。 非接触充电技术利用基于线圈的电磁感应，目前已经由电动牙刷、家用无绳电话，PHS所采用。然而迄今为止，由于电力传输效率不够，应用范围还没有涉及到需要大电力的手机。而且在安全方面也存在效率低导致发热量大的问题。时至今日，在日本的部件厂商之间，对于电力传输效率较高的线圈、非接触充电系统的开发日趋活跃。防止错误充电的ID认证方法及在充电的同时进行高速数据传输的方法成为了关注的焦点。NTTDoCoMo等移动通信运营商积极采用非接触充电技术，也成为了激发线圈厂商和手机厂商开发热情的重要原因之一。 非辐射性磁耦合共振 无线供电技术的一种方案。 27年6月，由美国麻省理工学院的物理学助理教授马林·索尔贾希克(Marin Soljacic)创立的团队进行了一项震惊全球的演示——他们成功地点亮了一个两米开外的6瓦灯泡，而在电源和灯泡之间没有使用任何电线，这个被马林称为“WiTricity”的技术利用了“非辐射性磁耦合共振”原理，两个耦合线圈频率一致，通过共振便能实现远距离高效无线电力传输。 原理 无线电源技术是一种利用无线电传输电力能量的技术，它要求传输效率尽可能高，传输功率尽可能大，这样才能满足对电力的需求。其研究应用领域涉及广泛，传输功率相差较大，小到用于生物移植的几十毫瓦、小型设备几十瓦功率，大到电动汽车或运动机器人的上千瓦功率以及磁悬浮列车应用的上兆瓦功率。目前存在三种解决技术：电磁感应技术、无线电波技术和电磁共振技术。  电磁感应技术 此技术类似电力系统中常用的变压器技术。在变压器的原边通入交变电流，副边由于电磁感应原理会产生感应电动势，若副边电路连通，即可出现感应电流，其方向遵从楞次定律，大小可由麦克斯韦电磁理论解出。相对于无线电源而言，变压器的原边相当于电源发射线圈，副边相当于电源接收线圈，这样就可以实现电能从发射线圈到接收线圈的无线传输。这种非接触式无线电力传输方式制造成本较低、结构简单、技术可靠、传输功率可从几瓦到几百瓦。 但是传送距离小于25px,被充电产品必须置于充电器附近，充电器必须具备对被充电产品进行辨识的能力，否则会向附近任意金属传输能量，导致其发热并产生危险。 电磁共振技术 这种技术基于电磁共振耦合原理，需要的发射和接收两个共振系统可分别由感应线圈制成。通过调整发射频率使发射端以某一高频率振动，其产生的不是弥漫于各处的普通电磁波，在两个线圈间形成一种能量通道。接收端的固有频率与发射端频率相同，因而发生了共振。随着每一次共振，接收端感应器中会有更多的电压产生。经过多次共振，感应器表面就会集聚足够的能量，这样接收端在此非辐射磁场中接收能量，从而完成了磁能到电能的转换，实现了电能的无线传输。这种非接触式无线电力传输方式传输功率可达几千瓦、传送距离可达3~4米，但是必须对所需频率进行保护，在几米范围内进行传输需要几MHz到几百MHz的频率。 无线电波技术 这种技术是利用微波或激光形式来实现电能的远程传输，系统由电磁波发生器、发射天线、接收天线、高频电磁波整流器、变电设备和有线电网组成。 电磁波发生器是微波源或激光器，把电源传送的电能转变为大功率、高频的电磁波，馈送给发射天线;发射天线将电磁波发送出去;接收天线收集电磁波的能量并输入高频电磁波整流器，产生的高压直流电经逆变后送入有线电网。这种非接触式无线电力传输方式传送距离可达1m,但是传输功率小(最高1mW)、功效低，发射器无线电波发送的大量功率以无线电波的方式被浪费掉。 可以实现电能从发射线圈到接收线圈的无线传输。这种非接触式无线电力传输方式制造成本较低、结构简单、技术可靠、传输功率可从几瓦到几百瓦。