Aad7149ad0e3184a84565e63f58fbfab 還在用 USB 充電嗎?古早的 PHS J88 都能無線充電,智慧型手機還用線材傳輸會不會太遜?其實花點小錢買個 TouchStone 套件,智慧型手機也能大玩隔空充電。我們先從無線充電的原理講起,然後告訴大家要準備那些材料與工具,並動手進行實做與充電效率測試。

快速瀏覽:

智慧型手機人手一支已經非常普遍,隨著技術的進步,智慧型手機的軟硬體也不停地進步。過去的雙核心到現在的四核心,處理器時脈也逐步提高到1GHz,甚至到1.7GHz以上,另外還有高容量記憶體、上千萬畫素的內建相機與衛星導航也都漸漸成為標準配備,那還有什麼新技術是少見又正夯的呢?是的,還有我們現在要談的無線充電。

無線充電10年前就有

嚴格說起來無線充電並不是什麼新技術,大概早在10年前就出現在 PHS 手機上。好吧講PHS可能有點小眾,只有筆者這類科技宅比較清楚,若不說 PHS 手機,那電動牙刷總聽過吧!幾乎市面上所有中高階的充電型電動牙刷,就是應用了無線充電的技術。既然連牙刷都能無線充電,為什麼手機普遍做不到?在大改我們的手機之前,先了解無線充電是怎麼辦到。

談到無線充電,就一定會談到這行的先驅者尼古拉.特斯拉(Nikola Tesla),這位後世被稱為與愛迪生一樣偉大的美籍塞爾維亞裔科學家( 2006 年電影頂尖對決也就是在講尼古拉.特斯拉),他在1891年發明特斯拉線圈,並通過電磁共振原理實現了人類最早的無線能量傳輸,同時奠定未來無線充電技術的基礎理論。甚至在1900 年,特斯拉也嘗試籌建 29 公尺高的沃登克裡佛廣播塔(Wardenclyffe Tower),來實現遠距離的無線電力傳輸。當時因為技術不成熟和其他組織的阻擾因此試驗失敗,不過這也為了未來無線充電埋下了夢想的種子。

▲當年PHS經典機種J88,也支援無線充電技術。

3種主流無線供電技術

進入二十一世紀,無線充電技術逐漸成熟,並從理論中獲得幾種實作的可能性。無線充電(或稱為無線供電)技術簡單地說是電與電之間的無線連接,目前的技術大多會讓電力透過二次轉換,像是電力轉磁力、磁力轉電力,以達到「無接觸」供電的目的。

也因為二次轉換的關係,供電效率自然會受到影響,這也是目前需要克服的困境。目前來看成熟的無線電力傳輸技術有3種主要方式,分別是電磁感應式、電磁共振式與無線電波式,接下來看這些技術的差異在哪裡。

1.電磁感應式:

電磁感應是最為常見的無線電力傳輸方式,通過發射端和接收端的線圈相互感應産生電流,從而實現電力傳輸的技術。簡單來說就是國中物理課本中就有提到的法拉第電磁感應定律,而我們這次土砲的套件,也是透過電磁感應式的原理運作。運作方式也很容易,首先從電力端(充電器)的線圈提供電力,充電器的線圈因此產生磁力,而接收電力端(如手機、行動電源)線圈感應到磁力,進而將磁力轉換成電力。

使用時2個線圈不需要接觸就能透過電磁感應達到傳導的目的,當然設計上沒這麼簡單,還要考慮雙方線圈的尺寸、接觸距離等因素,這些變因都會影響到充電效率。目前電磁感應式傳輸,可用範圍大約在30mm以內,屬於短距離傳輸。

▲這是1800年代用於解釋電磁感應的教材,讀者更為熟悉的應該是線圈、磁鐵與指南針,從中可看出電磁轉換機制。(圖片來源:Wikipedia)

▲Intel在2010年CES曾展示無線供電技術,透過2個巨大線圈,傳輸的電量可供60W燈泡使用。

2.電磁共振式:

電磁共振是正在研究中的無線電力傳輸方式,利用將能量發送和接收裝置調整到相同的頻率或者特定的頻率,可讓對應的電器產生共振現象,進而實現能量交換的目的。電磁共振的距離比起電磁感應遠一些,最多約可到3m左右。除了距離增加之外,功率可達數千瓦以上,功率比電磁感應式更高也是它的特點。

共振是相當有效率的傳輸方式,單就技術層面來說,只要能設計出共振頻率相同的電源與電力捕捉裝置,就能達到Resonant Magnetic Coupling(磁共振偶合)。共振存在於相當多的物理環境,舉例來說,歌手(或音響)的歌聲將遠端的玻璃震破,就是因為玻璃的頻率與歌手的頻率達到一致,使得玻璃獲得歌手能量,導致玻璃碎裂。

3.無線電波式:

此種無線電力傳輸方式,利用與早期礦石收音機相似的原理,即利用微型高效接收電路捕捉從障礙物反射回來的無線電波,並轉化為穩定的直流電壓。在實作上,只要將發射器安裝在插頭上,產品即可捕捉從牆壁反彈的無線電波能量,並隨著負載調整的同時保持穩定的直流電壓。如此一來就能將電能傳遞置範圍內的裝置,有效範圍約為1m左右。像是PowerCast就是使用該技術,接收器尺寸約只有硬幣大小,而且成本只有5美元(折合新台幣約150元)。不過這技術喊了多年,仍未有重大突破,離成熟仍有很長的路要走。

此篇中提到的應用面,幾乎都是採用電磁感應原理。當然以目前的技術,無線傳送的距離、功率與成本還是受到非常大的限制,但已經進步到可以輕鬆應用到一般資訊產品如智慧型手機、行動電源等產品上,讓消費者可以馬上享受到無線充電的優點與帶來的方便性。

▲這是 PowerCast 無線充電的關鍵晶片,有P1110與P2110版本,前者用於短距離、高功率,後者則是長距離傳輸。

無線供電優勢與陣營

既然無線充電原理簡單也應用了這麼多年,那本篇是騙稿費的嗎?當然不是,實際上受到技術限制,以前無線充電僅適用於耗電量較低的設備上,前面提到的電動牙刷與PHS手機都是這樣的例子。

隨著技術進步,近年來開始在特殊需求領域,如日系防水手機上應用,後來也有不少手機支援,像是Palm Pre 系列手機(不過此系列已停產),Sony、Samsung、 Nokia 等廠牌智慧型手機上出現。無線充電應用可以帶來什麼優點?當然,高科技的酷炫感是一定有的,但是除了這種 Geek 科技狂熱者所愛好的理由之外,無線充電還有一些優勢。

隨放即充更便利

無線充電器通常是以盤狀、碟狀的方式設計,或以磁力吸附做為固定方式,和一般 USB 等有線充電纜線不同,並沒有方向性限制。回家後只要將手機放在充電器,就能夠自動充電,操作起來更加方便與直覺。智慧型手機若搭配無線充電,舊沒有一條尾巴的限制,要接聽手機或使用直接拿起來即可,沒有了線的束縛更加自由、更加人性,正是所謂的科技始終來自於惰性。

安全、耐用還強化結構

由於無線充電沒有傳統纜線方向性的限制,同時也少了插入這個動作,自然也就沒有介面故障損壞的問題,可降低設備故障與出錯的可能性。同時若無線充電應用於防水手機上,由於手機可減少使用的傳輸介面,間接強化手機的結構性,防水效果與設計可以做更好,提供更出色的防水、防塵或防潮效果。

Nokia Lumia 920 支援Qi 無線充電技術,也是首款內建Qi技術標準的智慧型手機。

▲日本高階手機常見防水功能,Docomo ARROWS Kiss F-03D就是主打無線充電並具備防水性能的Android智慧型手機。

無線充電陣營 Qi

如同 Wi-Fi是無線網路的標準,藍牙(Bluetooth)是近距離交換數據標準,無線充電也有全球共通的標準Qi。早期無線充電技術較為複雜,雖然大多都是相同基於電池感應模式,但是大多各自為政,設備、電池與技術大多不能共通或相容,不同廠牌的無線充電手機,充電器與電池都不能交替互換使用。

2008年12月17日,全球首個無線充電技術標準化聯盟 WPC(Wireless Power Consortium)正式成立,並在 2010 年制定並發表無線充電的全球標準 Qi。只需將支援Qi 的移動設備放在Qi充電器上即可充電。從此設備能共通使用,也不需事先做任何配對或是設定。目前 WPC 無線充電聯盟已經有超過 100 家的企業加入,包含Samsung、Nokia、Motorola、LG、Panasonic、Sony、Philips 等消費電子產品大廠,並且各家也陸續推出支援 Qi 標準的智慧型手機、行動電源等產品。

位置對準才能用

不管是何種無線充電的標準包含Qi在內,都必須在線圈在對準的情況下,電池才能獲得最佳的充電效果。通常無線充電產品在商品化時,為了達到充電的最佳效率,都會使用一些小手法讓使用者不經意放對位置。例如Palm TouchStone是利用磁鐵輔助手機自動固定至正確位置,Pansonic Qi充電板則利用偵測技術,透過機械結構將充電線圈移動到正確的位置,並依照擺放順序充電(如果充電設備有一個以上的情況)。理論搞懂了,接下來我們試試如何讓一般智慧型手機也能無線充電。

▲Qi標準與支援Qi標準的充電板、行動電源產品。

Tips:Qi怎麼唸?

Qi可不是什麼英文單字的縮寫,是由中文字的「氣」轉成英文而來,讀法就是氣。會用氣(Qi)做為無線充電技術代號,官方說法是該技術有如氣功一樣,是股無形的流動力量,因此而命名。下次看到Qi別拆成Q跟I來唸,應該讀成氣才對。

 

延伸閱讀:

夠 Man 就自己換電容,電容詳細介紹、實戰教學看過來

窮人 DIY,讓 Power 風扇具有延遲關閉功能

DIY 靜音機殼行不行?實際動手改造與噪音量測試

簡易 DIY:用鋁罐自己做 Wi-Fi 無線網路訊號增強雷達

(後面還有:改造材料、施工工具介紹)

使用 Facebook 留言

大家的回應

sdyy
1人給推

1.  sdyy (發表於 2013年1月27日 16:09)
感覺很實用阿
不用接接頭,避免腳踹到線讓手機掉到地板的風險...
我踹了好幾次了...

不過不知道安不安全
跟微波烤人體一樣
cccooler
3人給推

2.  cccooler (發表於 2013年1月27日 17:48)
這篇真棒!好有趣
Qi 原來就是漢語拼音的"氣"啊
長知識<( ̄︶ ̄)>
converse
2人給推

3.  converse (發表於 2013年1月27日 20:02)
電腦王果然很強,東改西改有的沒的,別的地方要看還看不太到(≧▽≦)
sonin79
2人給推

4.  sonin79 (發表於 2013年1月27日 20:22)
突然想到有沒有人可以把無線充電裝到電池上
雖然電量會減小但這樣都不用改機直接換電池就好了
zeroX
6.  zeroX (發表於 2013年1月28日 02:32)
上次在電腦王雜誌上也有看到
這的確有趣
但這麼多破壞性動作讓我怕怕的Orz
tandee
8.  tandee (發表於 2013年1月28日 10:04)
※ 引述《sdyy》的留言:
> 感覺很實用阿
> 不用接接頭,避免腳踹到線讓手機掉到地板的風險...
> 我踹了好幾次了...
>
> 不過不知道安不安全
> 跟微波烤人體一樣

擔心危險的話,充電就離遠一點吧
只要是高於絕對溫度的物體就會散發電磁波
差別只在數值高低罷了

不過目前來說充電速度還是有點慢
但好處就像文章所說,用起來很方便而且改造不算貴
tandee
9.  tandee (發表於 2013年1月28日 10:05)
※ 引述《zeroX》的留言:
> 上次在電腦王雜誌上也有看到
> 這的確有趣
> 但這麼多破壞性動作讓我怕怕的Orz
>

其實破壞性動作只有在背蓋上
而且那個背蓋是可以買的
怕壞掉的話,可以買個新的來嘗試
不要用原廠的那個,這樣拆裝就很方便
也沒有任何破壞保固的疑慮
華采利通
11.  華采利通 (發表於 2013年1月28日 13:11)
有個步驟需修正一下

先把原A及B接點的銅片給解焊拔下來

再將折好的金手指焊回A2及B接點上面

這樣一來就會避免過厚也能提升其使用壽命

在黏貼固定方面

先把黏貼面打磨過

再用AB膠把吸鐵貼黏永久固定

後來用雙面膠把充電線圈可拆固定

這樣又能達到維修及其使用壽命

以上
Lemon
15.  Lemon (發表於 2013年1月29日 15:11)
請教大大
HTC XE的接點在哪??
(XE的接點很多,但似乎是降噪用)
(我有看到USB接頭旁有兩個看起來很可疑的點!?)
或者有改裝套件or教學之類的
還有是否可更換磁鐵為釹磁(強力磁鐵)
請大大賜教
PS:因為XE的背蓋有天線功能(還有一塊鋁合金),所以在下打算作在保護殼上
然後再用接線+接點接上之類
zeroX
16.  zeroX (發表於 2013年1月30日 00:47)
※ 引述《tandee》的留言:

> 其實破壞性動作只有在背蓋上
> 而且那個背蓋是可以買的
> 怕壞掉的話,可以買個新的來嘗試
> 不要用原廠的那個,這樣拆裝就很方便
> 也沒有任何破壞保固的疑慮

謝謝指教(≧▽≦)(≧▽≦)
鍾任軒
19.  鍾任軒 (發表於 2013年6月10日 10:59)
這篇太OP了
我也想用在我的XZ上
雖然說沒有背蓋
但是我改在保護殼上面應該行的通
誰叫XZ的接點做在左側邊<( ̄︶ ̄)>

發表回應 / 至 T17 討論

謹慎發言,尊重彼此。按此展開留言規則