iPhone X 问世后,挣扎多年的无线充电终于要从媳妇熬成婆了?

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编者按: 苹果的新一代 iPhone 已经于北京时间 9 月 13 日凌晨落下帷幕,新品资讯请移步 这里 。而在 iPhone 发布十年之际,我们也特意为喜爱苹果的你推出了专题 【iPhone 十年志】,与大家一起回顾 iPhone 历年的创新、亮点以及市场表现和各种有意思的事,期待和大家一起探讨。作为 《牛顿在树下焦急等待,直到无线充电的苹果落下来》 的姊妹篇,也是此次专题的第九篇文章,本文将从技术的角度带大家认识无线充电。

苹果发布会当晚,相信很多人都是一夜未眠。在这次发布的三款新手机当中,iPhone X 无疑是最受关注的。而相对于 iPhone X 的全面屏设计,它背后的无线充电技术同样引人注目。据了解,苹果的无线充电底座 AirPower 将于明年上市。业界有声音认为,苹果将引领无线充电新浪潮。

那么,这个风口真的会被引爆吗?我们今天就和大家一起来看一下。

无线充电原理

说到无线充电技术就必须先说一说特斯拉线圈,相信学过高中物理的人对尼古拉·特斯拉于 1891 年发明的特斯拉线圈都不会感到陌生,这是如今所有无线充电技术的原型。

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特斯拉线圈,无线充电原理

据了解,特斯拉线圈主要由两个线圈构成,其中一个线圈连接在电流方向随时间作周期性变化的电源上,在该电流的作用下,第一个线圈会在空间中产生一个时刻变化的磁场,第二个线圈在这个磁场中受到感应便会产生电流,从而点亮第二个线圈上的灯泡,而将这个灯泡换成电池也就成了无线充电。其中的原理大致可以这么理解: 琴弦震动,震动波会传递给周边的物体,使周围的物体也产生震动。

其实,类似于无线充电的技术早已经在生活中得到了普遍使用,比如说变压器,就连我们日常使用的电脑电源适配器中都有一个小型的变压器。

变压器原理

变压器原理

变压器已经改变了世界,但无线充电为何姗姗来迟?

其实人们对无线充电(或者说是电力无线传输)的需求最早可以追溯到 19 世纪末期。当时有线的输配电系统还没有建立起来,因此早期的科学家希望能够无线地把电能从产生地传输到使用地。但这些尝试基本上都失败了。直到最近几年,因为手机的缘故,无线充电才再度引起人们的关注。

无线充电技术最大的瓶颈是效率

虽然琴弦的震动会带动周边物体的震动,但距离一旦远了,其带动的震动效果势必会减弱,无线充电同样如此,第二个线圈离第一个线圈越远,无线充电的效率也就越差。

而这也是目前无线充电时为什么要将手机等放在无线充电器上的原因——提高充电效率。但即使这样,无线充电的效率依然无法与传统的线充相提并论,浪费部分电能是不可避免的。关于充电速度,这跟有线无线倒没多大关系,它只跟电流电压有关。不过,有消息称苹果的无线充电功率将被限制在 7.5W,远低于目前有线充电的 10W,也仅为新的 Qi 1.2 标准最大功率 15W 的一半。

另外,人们对手机的需求是随时随地的,因此我们会发现人们很多都是边充电边玩手机。这在线充时代很容易实现,但就目前手机必须放在充电器上的无线充电而言,用户已经无法边玩手机边充电了。

还有一点,那就是在同功率条件下,无线充电发热会更大,尤其是手机还要与充电器紧密贴合,这对手机电池会造成更大的影响。

当然,提高无线充电效率的方法还有一种,那便是磁共振技术,其基础仍是电磁感应原理,用谐振器件(电感和电容)使发射端和接收端达到特定频率,从而产生磁场共振,进而传输能量,优点是传输效率高,并使得更远距离的无线充电成为可能。至于为什么磁共振会产生高效率,我们可以通过“军队步伐通过桥梁,桥却塌了”来理解这个现象。

苹果能否引爆无线充电的风口?

据了解,早在苹果之前,市场上早已经出现了其他支持无线充电的手机,然而市场反应却不尽人意:

2009 年,Palm Pre 成为第一个使用无线充电技术的智能手机,这是当初最被看好、号称 iPhone 杀手的一款旗舰机,但最后还是被市场无情的淘汰,最后被收购;此后的 2012 年诺基亚也进行了无线充电尝试,发布了支持无线充电功能的 Lumia 810,然而无线充电并没有扭转诺基亚在智能手机行业的颓势;再之后就是三星,三星在 S6 上开始使用无线充电技术,然而这么多年来其并没有引起多大的市场波澜。

那么,苹果会重蹈上述企业的覆辙吗?

其实不然,苹果依旧是手机行业发展的风向标,一旦苹果推出某个更新,业界企业往往就会在第一时间跟进,这里最明显的例子就是苹果推出金色版 iPhone 之后,国内很快便出现了一次土豪金手机的“寒武纪”生物大爆发。相信无线充电技术同样也会引起其他厂商的争相效仿——无线充电终将普及。

市场研究机构 IHS 数据预测,全球无线充电市场仅接收端设备出货量将从 2015 年的 1.6 亿部增长到 2024 年的 20 亿部,年复合增长率达到 30%;无线充电市场总规模将从 2015 年的 17 亿美元增长到 2024 年的 150 亿美元,年复合增长达到 27%。安信证券也指出,根据中国产业信息网数据,预计 2020 年,无线充电在智能手机的应用率有望提升到 60%,采用无线充电技术的智能手机将超过 10 亿部。而配备无线充电的智能穿戴设备有望在 2020 年突破 2 亿部,无线充电的市场规模有望突破百亿美元。

苹果早已入局无线充电领域

蛋糕这么大,苹果自然不会放过。这家公司在无线充电上有着相当深的研究,也已经储备了较多的技术专利。

今年 4 月,苹果被曝光了一种可以为 iPhone 和其他设备充电的充电器。按照苹果专利的描述,图中黄色部分为感应充电接收器,可以置于 iPhone、MacBook 机体中或者 iPhone 保护壳中,底部的粉色部分为无线感应式充电器。苹果认为该专利中提到的无线充电技术可以用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴设备、导航设备、运动设备、健康设备、医疗设备、配件设备、周边输入设备等等。

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5 月,苹果一份名为“双频天线的无线充电和通信系统”的专利通过了美国专利局的审核,根据这项专利,提供无线充电服务的设备所发出的信号会负载电源,以对其他设备进行无线充电,而且该设备还将使用波束控制技术。

6 月,苹果又获得了一个与无线充电相关的新专利,据悉,这个专利的名字叫做“无线电子设备的附件”。该接收无线电源的设备可以在微波频率上获得无线供电,最后通过有线和无线线路将接收到的电能供应给电子设备。

而且,苹果旗下的 Apple Watch 以及 AirPods 其实早就已经实现了无线充电功能,其中专利暗示 AirPods 充电盒甚至还可以支持为其他设备进行无线充电。

此外,今年 2 月苹果加入无线充电标准组织之一的 WPC 也印证了苹果在无线充电方面的积极动作。

阻碍无线充电普及的标准之争已趋于缓和

长期以来,无线充电标准格局都呈现着三国争霸的局势:Power Matters Alliance(简称 PMA)、Wireless Power Consortium(简称 WPC,即 Qi 标准)和 Alliance for Wireless Power(简称 A4WP)。无线充电需要硬件支持,大多商家无法为每一个标准都生产一套相应的设备,只能择其一,这直接导致无线充电的商业化局面一直无法打开,但这种情况目前已经得到了极大的缓解。

据了解,最初的时候,A4WP 采用非接触式充电的磁共振技术,WPC 和 PMA 采用磁感应技术。2014 年 2 月 A4WP 和 PMA 宣布合并,并表示将相互兼容对方的无线充电技术标准,2015 年底更是宣布将合并后的联盟更名为 AirFuel Alliance。而 WPC 也在 2014 年 7 月宣布在 Qi 1.2 版本中加入了磁共振技术,同时也兼容了原本只搭载了磁感应 Qi 标准的产品。三大阵营已经应合并变成了两大阵营,而从技术角度来看,WPC 与 AirFuel 也处于同一水平,因此,两大联盟之间有可能在未来再次实现合并。

根据官网数据,目前支持 WPC 旗下 Qi 标准的会员企业大概有 244 家,而支持 AirFuel 标准的会员企业则有 150 家,不过,动点科技查了一下 AirFuel 官网上的会员企业数仅 105 家,但不管怎么说,WPC 仍然是两大标准中更占优势的一家。值得一提的是,包括三星、华为、佳能、大陆汽车、联发科、高通、联想、戴尔等众多企业其实都同时是两家联盟的会员企业,他们或将成为促使两大标准合并的关键力量。

当然最重要的还是苹果,苹果今年年初的对 WPC 而言无疑是如虎添翼,它势必是对市场上各种无线充电技术做了认真的评估。最后,笔者只想说一句,坚持了这么久,无线充电终于快要从媳妇熬成婆了。


下期预告:看了许多关于 iPhone X 技术的报道之后,我们是时候轻松一下了。除了前面的 《冷知识》,我们在本次专题的下一篇报道中还将为大家带来《iOS 11 更新了,致没有卖肾的你一份优雅的 iPhone 操作姿势》,敬请关注。

题图来自 123 RF