详解让无线物联更进一步的无线充电解决方案

美国的半导体生产厂商飞思卡尔（Freescale）宣布一个新的无线充电解决方案，使用户距离无线物联网未来又近了一步。星巴克也在硅谷和北京积极布局无线充电。这些将带动磁性材料消费，而稀土（泛亚有色金属交易所上市品种）是生产磁材的重要原料。

据国外媒体12月9日报道，美国的半导体生产厂商飞思卡尔（Freescale）宣布一个新的无线充电解决方案，该产品功率为15瓦，能提供手机充电解决方案三倍的电力，产品便于携带，并且可以布局到人们生活的方方面面，比如飞机上的座位、咖啡店与餐厅的桌子等。该产品预计在2015年年初上市销售。该解决方案为针对穿戴设备、平板电脑、大屏幕智能手机和便携式工业及医疗设备等各种大型移动设备的超快速无线充电铺平了道路，这使用户距离无线物联网未来又近了一步。

飞思卡尔推出15瓦功率无线充电系统

2013年，星巴克率先在硅谷的两家店中为用户带来了无线充电。用户在喝咖啡的时候，只要将自己的手机放在预置好无线充电器的桌子上后，便可以为自己支持无线充电的手机进行充电。截止到2013年年中，星巴克、麦当劳和 AT&T 等公司在美国大型机场、咖啡店、购物中心和体育场等地已经部署超过了 1500 个充电点。在欧洲， PowerKiss 已经在机场、酒店和咖啡店监督安装了 1000 多个充电点。而星巴克更是近日在旧金山湾区的 200 个店面设了无线充电站。在北京首都机场目前在 3 号航站楼 C 座及 D 座所有登机口附近均配备了无线充电桩，也将逐步普及到其他航站楼。

2015年，从第一代电感技术向第二代磁共振技术的发展将推动无线充电成为主流产品，咖啡馆、机场、餐厅和电影院等场所的无线充电站将更加普及。随着完善的生态系统逐渐建立，将进一步刺激消费者对无线充电的需求，并预计在明年将会有大量无线充电产品正式商用。

那么磁共振无线充电技术的工作原理是什么呢？据介绍，它是利用核磁感应原理进行充电的设备，类似于变压器，在发送和接收端各有一个线圈，发送端线圈连接有线电源产生信号，接收端线圈感应发送端的电磁信号从而产生电流给用电设备。无线充电产品主要有三大关键组件，其中有控制电路板、感应线圈、磁性材料。在此过程中，磁性材料发挥着重要的作用。据TDK无线充电产品相关技术负责人介绍，磁性材料本身和工艺布局对于无线充电的效率有着非常重要的影响。我国最大的磁性材料之一的横店东磁（002056）今年7月发布消息称，公司生产的部分磁性材料会用于无线充电。随着无线充电快速发展，将带动磁性材料消费。

稀土（泛亚有色金属交易所上市品种）是生产磁材的重要原料，以钕铁硼永磁体为例，需要用到镨、钕、镝。铽等材稀土材料。镝目前在许多高技术领域起着越来越重要的作用，主要产品有氧化镝、镝铁合金、金属镝等。氧化镝常被用作制取金属镝的原料、玻璃、钕铁硼永磁体的添加剂;镝铁合金主要用作钕铁硼永磁合金原料及冶炼添加剂，国内生产的镝铁主要用于出口;金属镝主要用于稀土永磁材料、磁致伸缩材料、磁光存储材料和发光材料。我国镝储量仅为6万吨左右，消费每年都在持续增长，可供使用年限仅不到40年。10月31日，氧化镝在泛亚有色金属交易所交易平台上市交易，一经上市即受到投资者的热捧，价格也呈现总体上扬态势，同时对现货市场氧化镝价格也起到带动作用。

每次要帮手机、电脑，或者其他各种电器充电时，总是要接一条充电线，充电线一多，还常常接错，实在非常麻烦。幸好，现在愈来愈多的电子产品，开始使用「无线充电」的技术了！只要优雅的将手机放在一个小小的、像杯垫一样的东西上面，不必接线就能轻松充电，这么厉害的科技背后有什么原理呢？让我们一起来探究其中奥妙。

电与磁的交互作用

一般见到的无线充电，运用的是「电流磁效应」和「电磁感应」的塬理。1819 年，丹麦科学家厄斯特观察到一段导线上如果通有电流，四周将会产生磁场，可以让指北针偏转。后人则进一步发现，将导线围成环状，甚至绕成线圈，产生的磁场将会更强、更集中，这称为「电流磁效应」。

至于电磁感应，则是在 1831 年由法拉第发现的。让一块磁铁或其他的磁场来源靠近一段没有电流的线圈，线圈上就会产生「感应电流」，称为「电磁感应」。值得注意的是，电磁感应的成立要件是磁场要有「变化」，例如磁铁愈来愈靠近 （愈来愈远离其实也可以）。外加磁场若是一直保持不变，是不会有感应电流的。

总而言之，电流磁效应就是电流的流动在四周产生磁场，电磁感应则是不断变化的外加磁场使线圈产生感应电流。

利用电磁感应来充电

这两种物理现象同时运用，就可以进行无线充电。目前的无线充电设备，都包含一个「充电座」，里面其实正是线圈。将充电座接到家用插头后，线圈周围会因为电流磁效应而产生磁场。要充电的电子产品，里面也都有一个线圈，当它靠近充电座时，充电座的磁场将透过电磁感应，在电子产品的线圈上产生感应电流。感应电流导引到电池，就完成了充电座和电子产品间的无线充电。

你可能会问，磁场不是要改变才能有电磁感应吗？可是充电座与充电的对象距离却始终保持不变，这样为何会有电磁感应呢？塬来，家用插座中流出的电是「交流电」，也就是说电流的方向不断的交替变化，一会儿顺着流，一会儿反着流。正因为如此，充电座线圈产生的磁场随之不断在变换方向，并非保持不变，符合电磁感应的要件。

近来愈来愈多智慧型手机、平板电脑开始提供无线充电的功能，但是不幸的是，它们充电的时候，只要离充电座的距离稍远一些，充电效率就会明显下降。即便是最新的技术，充电距离也不能超过 5 公分，事实上，目前绝大部分可以无线充电的行动装置，都是要完全平放在充电座上才能进行，和想像中随走随充的无线充电仍有点差别。

利用共振拉长充电距离

为了增加无线充电的距离与充电效率，科学家正在设法利用「磁共振」的塬理进行无线充电。在电路中加入一些电容、电感等特殊的元件，适当连接后，会形成「谐振电路」。这就好像乐器行一定会有的调音工具──音叉一样。轻敲音叉一次，它可以持续振动一段时间，同样的，对谐振电路短暂通电，电路中也会产生维持一段时间的讯号。

音叉具有「共振」这种有趣的物理性质。每支音叉都有自己的发声频率，当一支音叉振动发声时，若附近有另一支发声频率相同的音叉，即使它没有直接受到敲击，也会跟着振动。音叉的共振可以说达成了能量的传递。谐振电路也可以共振，两个振动频率相同的谐振电路放在一起，其中一个开始因为通电而振荡时，另一个电路也会跟着振荡起来，「自动」产生电流，电能就这样被隔空传送了。这样的现象称为「磁共振」，用来进行无线充电，可以让充电距离达到数公尺，效率也有所提升。唯一的困难就是，要将两个电路调整到一模一样的频率，并且维持一段时间，并不是容易的事。

除了磁共振之外，也有科学家尝试借由雷射光的光能来充电，甚至是将电能透过和家用的 Wifi 网路相近的电波频段来传送。希望这些技术的突破，能让我们未来在充电时更加方便！