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羅克韋爾/Allen Bradley
近日，小米推出了“小感量 + 磁吸”無(wú)線充電預(yù)研技術(shù)，磁吸無(wú)線充電功率最高可達(dá) 50W，損耗降低 50%，再次引人注目。其不同于傳統(tǒng)無(wú)線充電方案中接收端采用的大感量線圈，改為使用小感值線圈去感應(yīng)發(fā)送端能量，感值只有傳統(tǒng)方案的三分之一左右，可以將損耗減小至傳統(tǒng)線圈的一半以上。2022年了，雷軍依然熱衷于無(wú)線充電技術(shù)。
2009年，首款無(wú)線充電手機(jī)Palm Pre上市，這款手機(jī)為雷軍研發(fā)無(wú)線充電技術(shù)留下了一個(gè)契機(jī)。此前雷軍曾表示Palm Pre是他十多年前最喜歡的一部手機(jī)，支持無(wú)線充電技術(shù)的新奇讓小米下定決心投入研究無(wú)線充電技術(shù)領(lǐng)域。
2018年，小米MIX 2S成為國(guó)內(nèi)首款支持無(wú)線充電的手機(jī)；2021年，小米發(fā)布的“隔空充電”能讓手機(jī)距離充電器1米甚至更遠(yuǎn)的距離實(shí)現(xiàn)真·無(wú)線充電，一時(shí)引發(fā)熱議。畢竟大部分手機(jī)無(wú)線充電的距離都很短，隔空充電除了距離突破還有技術(shù)變革，沒有沿用傳統(tǒng)的無(wú)線充電技術(shù)。
早在2012年諾基亞就首次推出了無(wú)線充電技術(shù)，但是由于諾基亞手機(jī)的落幕，這項(xiàng)技術(shù)沒有被推廣商業(yè)化，這種早先的無(wú)線充電技術(shù)，是采用電磁感應(yīng)式的充電技術(shù)，也是主流的無(wú)線充電技術(shù)，其工作原理類似于變壓器，在手機(jī)和充電底座上安裝感應(yīng)線圈，充電底座的主線圈通上交流電之后，會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，手機(jī)的副線圈通過(guò)這些變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而完成無(wú)線充電的目的。這種技術(shù)充電效率可高達(dá)80%，但只能進(jìn)行短距離的傳輸。
而小米的隔空充電則是無(wú)線電波式的充電技術(shù)，其原理是通過(guò)微波發(fā)射器向外發(fā)射電磁波，而接受端手機(jī)則通過(guò)接收天線接收電磁波，再經(jīng)過(guò)整流電路將其轉(zhuǎn)化為電能，從而達(dá)到充電的目的。雖然距離遠(yuǎn)了，但是效率不高。這也是無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的通病，功耗和距離難兩全。
此次小米新無(wú)線充電器采用的是傳統(tǒng)電磁感應(yīng)式的充電技術(shù)，損耗降低一半讓更多無(wú)線充電場(chǎng)景有了期待。
無(wú)線充電，何止于手機(jī)？
我們?nèi)粘Ｉ钪?，最常見到無(wú)線充電應(yīng)用的就是手機(jī)。無(wú)線充電技術(shù)可謂是潛力股，此次冬奧上的專列高鐵也配備了無(wú)線充電設(shè)備，支持所有可無(wú)線充電功能的手機(jī)，讓乘客可以邊用邊充，解決了傳統(tǒng)充電接線插線的不便等問題。
無(wú)線充電被冬奧推廣，主要是其具有更符合當(dāng)下智慧場(chǎng)景應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)：一是非接觸式的一對(duì)多充電模式，避免了接口插拔接觸和接口不適用等問題；二是其應(yīng)用范圍廣，只要是同一種無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)皆可使用；三是無(wú)線充電技術(shù)已經(jīng)具有其行業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)，大大減少了應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的繁雜性。
目前主流的無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)有：
Qi標(biāo)準(zhǔn)：Qi標(biāo)準(zhǔn)是全球首個(gè)推動(dòng)無(wú)線充電技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化組織——無(wú)線充電聯(lián)盟(WPC，2008年成立)推出的無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)，其采用了目前最為主流的電磁感應(yīng)技術(shù)，具備兼容性以及通用性兩大特點(diǎn)。只要是擁有Qi標(biāo)識(shí)的產(chǎn)品，都可以用Qi無(wú)線充電器充電。2017年2月，蘋果加入WPC。
PMA標(biāo)準(zhǔn)：PMA聯(lián)盟致力于為符合IEEE協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)的手機(jī)和電子設(shè)備，打造無(wú)線供電標(biāo)準(zhǔn)，在無(wú)線充電領(lǐng)域中具有領(lǐng)導(dǎo)地位。PMA也是采用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電。目前已經(jīng)有AT&T、Google和星巴克三家公司加盟了PMA聯(lián)盟。
A4WP：Alliance for Wireless Power標(biāo)準(zhǔn)，2012年推出，目標(biāo)是為包括便攜式電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車等在內(nèi)的電子產(chǎn)品無(wú)線充電設(shè)備設(shè)立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)對(duì)話機(jī)制。A4WP采用電磁共振原理來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電。
前面也提到過(guò)，無(wú)線充電技術(shù)的缺點(diǎn)之一就是功耗高，工作距離短，因而它在其他應(yīng)用場(chǎng)景的使用也受到技術(shù)性限制。但現(xiàn)在無(wú)線充電已經(jīng)在電動(dòng)汽車、智能家居、智慧醫(yī)療、智能穿戴等場(chǎng)景種嶄露頭角，無(wú)線充電市場(chǎng)正處于爆發(fā)的前奏。
千億級(jí)無(wú)源傳輸風(fēng)口
目前除了手機(jī)，電動(dòng)汽車是無(wú)線充電的第二大關(guān)注領(lǐng)域，2020年上半年，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布了《電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)第1部分：通用要求》等4項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)在公共及私人應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)、性能、功能、安全等多方面的要求，共同構(gòu)成了電動(dòng)汽車無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)體系的重要通用標(biāo)準(zhǔn)。上述標(biāo)準(zhǔn)并在2020年11月1日開始實(shí)施。
同時(shí)，也已經(jīng)有許多汽車廠商已經(jīng)瞄準(zhǔn)無(wú)線充電領(lǐng)域，2013年高通跟電子方程式Formula E賽事主辦方達(dá)成合作，將旗下的Halo無(wú)線充電技術(shù)首先應(yīng)用到了部分電動(dòng)方程式賽車上。2018年寶馬量產(chǎn)了兩款支持整車無(wú)線充電的車型，但目前這個(gè)領(lǐng)域大規(guī)模量產(chǎn)的車企是智己。
那電動(dòng)車無(wú)線充電為什么沒有被普及？一是應(yīng)用環(huán)境影響因素多，戶外停車天氣會(huì)影響到無(wú)線發(fā)射端工作，室內(nèi)停車也需要考慮車輪碾壓等受重情況等；二是泊車精度要求高，無(wú)線充電對(duì)距離的限制也要求了發(fā)射端和接收端位置的精準(zhǔn)度，確保每次泊車都能以最佳的效率充電；三是安全防護(hù)問題，整車充電除了功耗嚴(yán)重，還有安全防護(hù)工作量也巨大，需要確保發(fā)射端的充電環(huán)境安全等。
未來(lái)技術(shù)性的突破或許可以讓電動(dòng)車無(wú)線充電走進(jìn)日常生活，目前，已經(jīng)有部分智能家居也開始使用無(wú)線充電技術(shù)，比如臺(tái)燈、電動(dòng)牙刷等。
而在連接方面，其中就包含了2021年大火的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)，比如應(yīng)用比較成熟的RFID，就是應(yīng)用標(biāo)簽接收閱讀器發(fā)射的射頻信號(hào)，產(chǎn)生電流，從而獲取能量實(shí)現(xiàn)兩者之間的通信。
RFID技術(shù)獲取能量的原理包括了兩種，低頻(125kHz-134kHz)與高頻(13.56MHz)傳輸能量的原理也是通過(guò)兩個(gè)線圈的近距離耦合，這與目前的無(wú)線充電技術(shù)類似。
而超高頻RFID(800MHz-1000MHz)的獲取能量方式就是遠(yuǎn)場(chǎng)傳遞，跟藍(lán)牙與WiFi甚至4G、5G類似，使用輻射場(chǎng)便能完成無(wú)源傳輸。
無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以讓千億級(jí)甚至更多的IoT節(jié)點(diǎn)擺脫電池的限制，可以做到極致的低成本，這樣才能讓生活中大量的物品聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)真正的萬(wàn)物互聯(lián)。
根據(jù)Machina Research 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2010-2018 年間全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接數(shù)高速增長(zhǎng)，由 2010 年的 20 億個(gè)增長(zhǎng)至 2018 年的 91 億個(gè)，復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 20.9%，2025年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(包括蜂窩及非蜂窩)聯(lián)網(wǎng)數(shù)量將達(dá)到 251 億個(gè)，萬(wàn)物互聯(lián)成為全球網(wǎng)絡(luò)未來(lái)發(fā)展的重要方向。
上面的數(shù)據(jù)也僅僅只是有源IoT節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，這就足以令人興奮，而事實(shí)上，以RFID為代表的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)有了更大的出貨量，根據(jù)AIoT星圖研究院最新調(diào)研的數(shù)據(jù)，2021年全球UHF RFID的出貨量已經(jīng)達(dá)到了230億的量，而加上HF與LF等不同頻段的產(chǎn)品，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的年出貨量已經(jīng)超過(guò)了300億，并且還在快速的增長(zhǎng)。
無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)風(fēng)口已至，千億級(jí)IoT節(jié)點(diǎn)近在眼前！
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