هر آنچه لازم است درمورد شارژرهای بی سیم بدانید: تاریخچه، نحوه ی عملکرد و انواع شارژرهای بی سیم

در دو دهه ی اخیر دستگاه های الکترونیکی و تلفن های همراه پیشرفت های زیادی در زمینه های مختلف داشته اند. یکی از زمینه هایی که دستگاه های الکترونیکی پیشرفت قابل توجهی در آن داشته اند فناوری های بی سیم است. یکی از کاربردهای فناوری بی سیم در زمینه شارژ دستگاه های الکترونیکی است که در این مقاله از الف تا ی آن را بررسی خواهیم کرد، پس با ما همراه باشید ...

برای شارژ کردن گجت های همراه به کابل نیاز داریم و استفاده از کابل برای انتقال انرژی الکتریکی به دستگاه های همراه اگرچه ارزانتر و مطمئنتر از شارژ دستگاه ها به صورت بی سیم است اما مشکلاتی هم دارد که باعث شده است شارژر بی سیم در چند سال اخیر به یکی از قابلیتهایی تبدیل شود که اکثر مردم آرزو دارند به صورت استاندارد در همه ی دستگاه هایی که نیاز به شارژ دارند دیده شود. به موضوع شارژ بی سیم در سال های اخیر از طرف مصرف کنندگان و تولیدکنندگان توجه زیادی شده است و حتی انتظار می رود در آینده این فناوری جایگزین روش های فعلی برای شارژ دستگاه ها شود.

از آنجایی که شارژ بی سیم یک فناوری جدید است هنوز کاربران اطلاعات زیادی در مورد این فناوری ندارند. سوالات زیادی در رابطه با این فناوری مطرح می شود به عنوان مثال عده ای می خواهند بدانند این فناوری از کجا آمده است؟ آیا برای استفاده از این فناوری نیاز به ابزار خاصی هست؟ شارژرهای بی سیم به طور کلی چه کاربردهایی دارند؟ و سوالات بیشماری در مورد این فناوری وجود دارد. اگر شما هم می خواهید اطلاعات بیشتری در مورد شارژ بی سیم به دست آورید پس این مقاله را تا انتها مطالعه کنید. در این مقاله سعی داریم به بررسی و پاسخگویی به تمامی سوالات و همچنین هر آنچه لازم است در رابطه با شارژ بی سیم بدانید بپردازیم.

برای آشنایی با نحوه عملکرد شارژرهای بی سیم ابتدا نیاز است با انتقال بی سیم انرژی الکتریکی بیشتر آشنا شویم. اساس کار شارژرهای بی سیم انتقال انرژی بدون سیم و کابل است اما این کار چگونه امکان پذیر است؟ در ابتدا به بررسی انتقال بی سیم انرژی الکتریکی می پردازیم و شما را با این فناوری بیشتر آشنا می کنیم.

انتقال انرژی الکتریکی به صورت بی سیم

تاریخچه انتقال بی سیم انرژی الکتریکی

شاید فکر می کنید که انتقال بی سیم انرژی الکتریکی فناوری جدیدی است اما باید بگوییم که سخت در اشتباهید! ایده انتقال انرژی الکتریکی تقریباً به اندازه ی خود تولید برق قدمت دارد. در اوایل قرن بیستم فیزیک دان و مهندس الکترونیک مشهور نیکولا تسلا (Nikola Tesla) پتنتی را ثبت کرد که در آن به توصیف دستگاهی پرداخته بود که قادر بود انرژی الکتریکی را بدون نیاز به سیم و از طریق یک رسانا منتقل کند. البته تسلا تحقیقات زیادی را در این زمینه انجام داد و تئوری های مختلفی را ارائه کرد. در نهایت تسلا به یک روش عملی برای انتقال بی سیم انرژی الکتریکی دست یافت. تسلا پیشنهاد داد که از کویل (سیم پیچ) های بزرگ برای انتقال برق از طریق لایه تروپوسفر اتمسفر به خانه ها استفاده شود. در ادامه تسلا شروع به ساخت یک برج به نام واردن کلیف در لانگ آیلند نیویورک کرد. این برج یک برج مخابراتی بسیار بزرگ بود که تسلا با استفاده از آن می توانست ایده ی انتقال بی سیم جریان برق خود را به صورت عملی آزمایش کند اما او سرانجام موفق به ادامه کار خود نمی شود.

این ماجرا جایی به پایان می رسد که حامیان مالی تسلا به این نتیجه می رسند که هیچ راه عملی وجود ندارد که مطمئن شد مردم حاضر شوند پول برق مصرفی خود را بپردازند و در عوض شبکه برق سیمی گسترش یافت. تسلا تلاش زیادی در زمینه انتقال بی سیم برق کرد و آثار تاثیرگذاری را در این زمینه از خود بر جای گذاشت که بعدها محققان با استفاده از آن ها نظریه ها و تئوری های مختلفی را در این زمینه ارائه کردند. یکی از نمایش های جالب تسلا روشن کردن چراغ های محوطه ی مرکز آزمایشات کلرادو اسپرینگ خود از راه دور بود.

پس از تسلا ایده ی دیگری برای انتقال بی سیم انرژی الکتریکی در دهه ی 1960 مطرح شد. تعدادی از محققان بالگرد مینیاتوری را به نمایش گذاشتند که انرژی موردنیاز خود را از امواج ماکروویوی که از زمین برای آن ارسال می شد دریافت می کرد. البته این ایده برای انتقال انرژی الکتریکی به دو دلیل مورد استقبال قرار نگرفت. دلیل اول این بود که اجرای این طرح نیاز به زیرساخت های گران قیمتی دارد و دلیل دوم نگرانی در مورد استفاده از امواج پرقدرت ماکروویو بود که می تواند برای انسان مضر باشد. نظریه انتقال انرژی الکتریکی به وسیله امواج رادیویی پس از نظریه تسلا مهمترین نظریه ای بود که در مورد انتقال بی سیم انرژی الکتریکی مطرح شده بود.

انتقال بی سیم انرژی الکتریکی کم کم داشت به فراموشی سپرده می شد که در سال 2006 تیمی متشکل از متخصصان دپارتمان های فیزیک، مهندسی برق و کامپیوتر، انستیتو نانوتکنولوژی و دانشمندان و مهندسانی دیگر از دانشگاه MIT که روی انتقال بی سیم نیروی الکتریسیته کار می کردند به نتایج مهمی رسیدند. متخصصان این گروه در آخرین آزمایشات خود موفق شدند یک لامپ 60 وات را از فاصله ی 2 متری بدون اتصال فیریکی به منبع برق روشن کنند.

در نوامبر سال 2006 این گروه گزارشی منتشر کردند و در آن مدعی شدند که روش کارآمدی برای انتقال انرژی الکتریکی بین سیم پیچ هایی که چند متر از هم فاصله دارند کشف کرده اند. این تیم به سرپرستی پروفسور مارین سولیاچیچ (Marin Soljacic) این تئوری را مطرح کردند که آنها توانسته اند فاصله ی سیم پیچ ها را از طریق افزودن رزونانس (تشدید) به معادله گسترش دهند. برای این که ایده ی این گروه را بهتر درک کنید نیاز به شناخت بیشتر رزونانس دارید. یکی از راه های پی بردن به رزونانس این است که آن را برحسب صدا فرض کنیم. به عنوان مثال یک شیپور را در نظر بگیرید. ساختار فیزیکی جسم مثل اندازه و شکل آن فرکانس طبیعی ارتعاش را تعیین می کند. به این ترتیب شکل و اندازه شیپور فرکانس رزونانس این شیپور است. به همین ترتیب نواختن شیپور باعث ارتعاش شیپور مجاور می شود زیرا هردو شیپور فرکانس رزونانس یکسانی دارند.

این گروه نام ابداع خود را WiTricity که مخفف واژه های وایرلس و الکتریسیته است گذاشته اند. ایده این طرح از آن جایی شکل گرفت که یک شب زنگ هشدار اتمام باتری تلفن همراه سولیاچیچ به صدا درآمد و او به شارژر برای شارژ کردن گوشی خود دسترسی نداشت و به این فکر کرد که کاش راهی بود تا بتوان تلفن همراه را بدون ارتباط سیمی شارژ کرد. متخصصان این طرح راه های مختلفی را برای انتقال الکتریسیته بدون اتصال فیزیکی آزمایش کردند. این گروه پرتو افشانی الکترومغناطیس را به عنوان روش اصلی کار خود قرار دادند که بسیار شبیه انتشار امواج رادیویی است. به هر حال این روش اگرچه برای انتقال اطلاعات و دیتا مناسب می باشد اما برای انتشار الکترومغناطیس دشواری های زیادی به همراه داشت.

این گروه تحقیقات خود را ادامه دادند و به این نتیجه رسیدند که اگر میدان های الکترومغناطیسی پیرامون سیم پیچ در فرکانس یکسانی تشدید شوند القا می تواند با اندکی تفاوت روی دهد. در این تئوری از سیم پیچ خمیده ای به عنوان القاگر استفاده می شود و یک صفحه ی خازنی که می تواند بار را نگه دارد به دو سر سیم پیچ متصل می شود. همزمان با عبور برق، سیم پیچ شروع به تشدید می کند. فرکانس رزونانس آن حاصل القای سیم پیچ و ظرفیت صفحه ها است. محققان این عمل را «انتقال غیر تابشی انرژی» می نامند زیرا شامل میدان های ساکن اطراف سیم پیچ ها می باشد و میدان هایی را که در تمام جهات منتشر می شوند را دربرنمیگیرد.

تیم MIT در آزمایشات مقدماتی خود این تئوری را مطرح کردند که یک سیم پیچ می تواند هر وسیله ای که در محدوده اش قرار دارد را شارژ کند به شرط آنکه سیم پیچ ها دارای فرکانس رزونانس یکسان باشند. این تیم در ماه ژوئن 2007 به پیشرفت هایی دست یافت و مقاله ای مبنی بر جزییات اثبات تجربی موفقیت آمیز بودن طرح اولیه خود منتشر کردند. این گروه از سیم پیچ های تشدید شونده جهت روشن کردن لامپ ها از مسافتی حدود 7 پا (2 متر) استفاده کردند. این گروه تئوری هایی هم در خصوص انتقال بی سیم انرژی در فواصل طولانی مانند فاصله ی فضا تا زمین ارائه کردند.

کاربردهای انتقال بی سیم انرژی الکتریکی

از فناوری انتقال بی سیم انرژی الکتریکی می توان در کاربردها و محیط های گوناگون استفاده کرد. این فناوری توانایی انتقال انرژی را به صورت ایمن، کارا و در فواصل زیاد را دارد و باعث بهبود دستگاه ها و وسایل مختلف می شود. به طور کلی این فناوری می تواند به دو صورت زیر به کار گرفته شود:

استفاده مستقیم از انرژی الکتریکی: در این روش از انتقال بی سیم انرژی الکتریکی به صورت مستقیم برای تامین برق دستگاه استفاده می شود. به این ترتیب تمام انرژی الکتریکی مورد نیاز دستگاه به صورت بی سیم به خود دستگاه منتقل می شود. در این حالت هیچ باتری ای وجود ندارد. این حالت برای دستگاه هایی که به صورت مداوم و ثابت از آن ها استفاده می شود کاربرد دارد. با استفاده از فناوری انتقال بی سیم انرژی الکتریکی به صورت مستقیم دیگر نیازی نیست که وسایل و دستگاه های الکتریکی را باسیم به برق متصل کرد و با انبوهی از سیم های درهم و خاک خورده مواجه شویم. برای مثال با استفاده از این فناوری به جای استفاده از چند کابل برای اتصال همزمان تلویزیون و سینمای خانگی و دستگاه پخش BLU-RAY به برق می توان بدون هیچ گونه کابلی انرژی مورد نیاز آن ها را تامین کرد.

انتقال بی سیم انرژی الکتریکی به صورت خودکار: این روش برای دستگاه های مجهز به باتری قابل شارژ کاربرد دارد. در این حالت با استفاده از انرژی الکتریکی به صورت بی سیم می توانید دستگاه های خود را شارژ کنید و دیگر خبری از کابل های مزاحم برای شارژ دستگاه ها نیست.

به طور کلی از انتقال بی سیم انرژی الکتریکی در زمینه های زیر می توان استفاده کرد:

1- وسایل الکترونیکی

- شارژ وسایل الکترونیکی سیار و متحرک مانند: تلفن های همراه، تبلت ها، لپ تاپ ها، دسته های بازی و ... در خانه، محل کار، ماشین و هرجای دیگری بدون هیچ گونه کابل و لوازم اضافی

- تامین انرژی با برق بی سیم به صورت مستقیم برای دستگاه های ثابت مثل: تلویزیون، قاب عکس دیجیتال، سینمای خانگی، All in One، بلندگوهای بی سیم و ... که با این کار سیم کشی های گران قیمت و کابل های بدنما و همچنین منبع تغذیه های دیواری حذف می شوند.

- تامین انرژی لوازم جانبی رایانه های شخصی مانند: موس بی سیم، صفحه کلید بی سیم، چاپگر، صفحه نمایش و بلندگوهای بی سیم و ... که باعث حذف سیم های مزاحم و باتری های یکبار مصرف می شود.

2- صنعتی

- استفاده از انتقال انرژی الکتریکی به صورت بی سیم مستقیم برای اتصالات و مفصل های مکانیکی در حالت حرکت و چرخش مانند: ربات ها، ماشین های بسته بندی، ماشین های ساخت و مونتاژ، ابزار آلات ماشینی و ...

- استفاده از انتقال بی سیم مستقیم انرژی الکتریکی در محیط های حساس، پرخطر . نامناسب مانند: حفاری، مته کاری، معدن کاری، محیط های زیر آب و ... که استفاده از سیم غیرممکن است و یا ریسک زیادی به همراه دارد.

- استفاده از انتقال بی سیم مستقیم برای سنسورها و محرک های بی سیم که باعث حذف جابجا کردن باتری ها و سیم کشی های تغذیه گران قیمت می شود.

- شارژ بی سیم خودکار برای ربات های سیار، وسایل نقلیه خودکار (مترو، ماشین های برقی و ...)، ابزارآلات بی سیم و ... که باعث حل شدن مشکلاتی نظیر مکانیزم پیچیده ی ارتباط دستگاه با شارژر، شارژر دستی و جابجایی باتری می شود.

3- حمل و نقل

- شارژ بی سیم انواع وسایل نقلیه و خودروهای الکتریکی شخصی، عمومی و تجاری در خانه، پارکینگ خودروها، بندرها، اتاق های کنترل از راه دور و همه ی توقفگاه ها. یکی مهمترین کاربردهای شارژ بی سیم استفاده در خودروهای الکتریکی است. با استفاده از فناوری شارژ بی سیم به جای متصل کردن خودرو به وسیله ی کابل های بزرگ به منبع تغذیه می توان با پارک کردن خودرو روی پد های شارژ بی سیم اتومبیل را شارژ کرد. شرکت رنو به تازگی چنین سیستمی را در لندن با استفاده از پدهای Qualcomms Halo تست کرده است.

- انتقال بی سیم انرژی الکتریکی به صورت مستقیم برای حذف اتصالات تغذیه پرهزینه ی خودروهای الکتریکی که به صورت حلقه های لغزان و قلاب های اتصال هستند.

4- کاربردهای دیگر

- استفاده از انتقال بی سیم انرژی الکتریکی به صورت مسقیم و خودکار برای دستگاه های پزشکی که در داخل بدن قرار می گیرند مانند: دستگاه هایی که در داخل شکم قرار می گیرند، دستگاه تنظیم کننده ضربان قلب و دستگاه هایی که با شوک الکتریکی از انقباض ماهیچه های قلب جلوگیری می کنند.

- شارژ بی سیم سیستم های پیشرفته ی نظامی مانند: دستگاه های متحرک که با باتری تغذیه می شوند، حسگرهای مخفی، ربات ها، هواپیماهای بدون سرنشین و ...

تا اینجا با تاریخچه ی انتقال بی سیم انرژی الکتریکی و تلاش های صورت گرفته برای دست یابی به آن و همچنین کاربردهای آن آشنا شدیم. در ادامه با روش های مختلفی که امروزه برای انتقال انرژی الکترکی از آن ها استفاده می شود آشنا می شویم.

روش های انتقال بی سیم انرژی الکتریکی

تاکنون روش های مختلفی برای انتقال بی سیم انرژی الکتریکی مطرح شده است اما در این بین چهار روش بیشتر از بقیه مورد توجه قرار گرفتند. در حال حاضر انتقال بی سیم انرژی الکتریکی به چهار روش انجام می شود که در ادامه با این چهار روش آشنا می شویم. پس از آشنایی با روش های انتقال بی سیم انرژی الکتریکی و مزایا و معایب هریک آن ها به این مسئله می پردازیم که کدام یک از این روش ها برای شارژ بی سیم دستگاه های الکترونیکی مانند تلفن های همراه مناسبتر است.

اولین روش برای انتقال بی سیم انرژی الکتریکی استفاده از امواج رادیویی یا امواج ماکروویو است. پیش از این گفتیم که این روش به دلیل پرهزینه و خطرناک بودن در دهه 1960 مورد توجه قرار نگرفت. اما چند سال قبل شرکت پاورکست که در پیتزبورگ پنسیلوانیا مستقر است، از این فناوری برای انتقال نیرویی در حد میکرو وات و یا میلی وات در فواصل بیش از 15 متر برای حسگرهای صنعتی استفاه کرد. آن ها معتقدند روزی از این روش می توان برای شارژ ابزارهای کوچک مانند: کنترل از راه دور، ساعت های زنگ دار و یا حتی موبایل استفاده کرد.

روش دوم انتقال انرژی الکتریکی که برای ابزارهای پرمصرف تر هم کاربرد دارد تاباندن یک پرتو لیزر فروسرخ کنترل شده به یک سلول فتوولتائیک است که پرتو را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. این روش را شرکت PowerBeam واقع در سن خوزه کالیفرنیا ابداع کرد. این روش یک راه عملی برای انتقال انرژی الکتریکی به صورت بی سیم بود اما علی رقم تلاش های زیاد این شرکت در جهت افزایش کارایی این روش بازدهی آن تنها بین 15 تا 30 درصد بود. با وجود اینکه می توان از این روش برای تامین نیروی دستگاه های پرمصرف استفاده کرد ولی این روش در عمل ضرر زیادی به همراه دارد. از این فناوری تاکنون برای تامین نیروی لامپ های بی سیم، بلندگوها و ایزارهای الکترونیکی با مصرف برق کمتر از 10 وات استفاده شده است. این شرکت امیدوار است که در آینده و با ارتقای فناوری لیزر و سلول های فتوولتائیک بازدهی بالاتر از 50 درصد هم امکان پذیر شود. این شرکت معتقد است که هیچ دلیلی وجود ندارد که ما نتوانیم در نهایت یک لپ تاپ را با این روش شارژ کنیم.

اما در این بین عده ای هم هستند که نسبت به عملی بودن این روش برای ابزارهای واقعاً قابل حمل که دائماً درون و میان اتاق ها در حال جابجایی هستند تردید دارند. منو ترفرز رئیس کنسرسیوم نیروی بی سیم در هلند می گوید:«یک پرتو فروسرخ نمی تواند برای شارژ یک گوشی موبایل مناسب باشد چرا که یک موبایل معمولاً جای مشخصی ندارد و مدام در حال جابجایی است». راه حل پاور بیم برای این مشکل قراردادن یک لامپ کوچک فلوئورسنت در دستگاه گیرنده است تا دوربینی که در فرستنده کار گذاشته شده است بتواند آن را رهگیری کند و امواج لیزر را به همان سو بفرستد. مشکل دیگری که برای این روش مطرح شده است این است که برای هر دستگاهی که می خواهد شارژ شود باید یک پرتو مجزا فرستاده شود. این امر از نظر محققان MIT برای مهندسان دردسر ساز خواهد بود.

اما می رسیم به سومین روش مرسوم برای انتقال بی سیم انرژی الکتریکی که جذابترین انتخاب برای کاربردهای بزرگ محلی است. این روش القای مغناطیسی نام دارد .عملکرد این روش به این صورت است که یک میدان مغناطیسی متناوب که از یک سیم پیچ ناشی می شود می تواند در سیم پیچ دیگری که در نزدیکی آن باشد جریان الکتریکی را القا کند. از این روش در ابزارهای زیادی همچون مسواک های برقی و شارژرهای بی سیم تلفن همراه استفاده می شود. اما این روش یک مشکل اساسی دارد، به رغم اینکه در تماس با سیم پیچ ها بازدهی دستگاه بسیار خوب است اما وقتی که تنها چند میلی متر فاصله وجود داشته باشد بازدهی به صفر می رسد.

طریقه انتقال انرژی الکتریکی به روش القای مغناطیسی به صورت زیر است:

1- انرژی الکتریکی از یک منبع به سیم پیچ که به عنوان فرستنده عمل می کند ارسال می شود.

2- رزونانس در سیم پیچ در فرکانس 6.4 مگاهرتز باعث انتشار امواج الکترو مغناطیسی در فضا می شود.

3- سیم پیچ دیگری با همان فرکانس رزونانس در فاصله دورتر امواج را دریافت می کند.

4- امواج الکترومغناطیسی در سیم پیچ گیرنده به جریان الکتریکی تبدیل می شوند و باتری دستگاه مورد نظر را شارژ می کنند.

5- انرژی الکتریکی که توسط دستگاه جذب نشود دوباره به منبع بازگردانده می شود.

محققان با الهام از مکانیک و پدیده رزونانس (تشدید) توانستند این روش را برای انتقال جریان برق ابداع کنند. برای استفاده از این روش برای شارژ بی سیم دستگاه های الکترونیکی نیاز به سیستمی با اجزای زیر داریم:

1- بخش نوسان ساز (اسیلاتور)

2- خازن بخش فرستنده

3- حلقه (آنتن) فرستنده انرژی الکتریکی

4- حلقه (آنتن) گیرنده انرژی الکتریکی

5- خازن بخش گیرنده

6- بخش یکسوسازی و تنظیم کننده (رگولاتور) ولتاژ گیرنده انرژی الکتریکی

برخلاف انتقال انرژی لیزری که نیاز به دید مستقیم دارد، میدان مغناطیسی روی گیرنده متمرکز نمی شود و می تواند از موانع بین فرستنده و گیرنده هم عبور کند. شرکت های بزرگ الکترونیکی به این فناوری روی خوش نشان دادند و به سرمایه گذاری روی این فناوری علاقه نشان دادند. برای مثال سونی یک تلویزیون بی سیم را به نمایش گذاشت و شرکت اینتل نیز به سرمایه گذاری روی این فناوری برای دسته ای از ابزارها پرداخت. امیلی کوپر از محققان آزمایشگاه اینتل در سیاتل در این مورد می گوید: «بازدهی انتقال نیرو کاملاً مستقل از میزان توان است در نتیجه می توان برای لپ تاپ ها، تلویزیون ها، موبایل ها، تبلت ها و هر ابزاری از این روش استفاده کرد». به عبارت دیگر بازدهی انرژی برای تغذیه یک تلویزیون یا لپ تاپ و همینطور یک تلفن همراه با استفاده از این روش به یک اندازه خواهد بود.

پس از نمایش امکان عملی کردن انتقال برق به صورت بی سیم (wireless power) در نمایشگاه CES 2007 این تکنولوژی شگفت انگیز داشت کم کم به فراموشی سپرده می شد تا اینکه با تلاش یک گروه محقق به نام ائتلاف غیرانتفاعی جریان برق بی سیم (The Wireless Power Consortium) یا WPC این طرح دوباره به شکلی نو مطرح شد. این ائتلاف از شرکت های سرشناسی همچون سامسونگ ، فیلیپس، الیمپوس، Fulton Innovation و National Semiconductor تشکیل شده بود. در CES 2009 شرکت چینی هایر (Haier) تلویزیونی را به نمایش گذاشت که برخلاف محصولات بی سیم سونی و الجی که تنها اتصالات صوتی و تصویری بی سیم داشتند به معنای واقعی بی سیم بود و نیازی به هیچ گونه کابلی نداشت. این فناوری به سرعت و با حمایت غول های تکنولوژی پیشرفت کرد و مدتی بعد نسخه جدیدی از این فناوری منتشر شد و به استانداردی برای مقیاس انتقال جریان برق از طزیق القای مغناطیسی (Magnetic Induction) تبدیل شد که به وسیله آن وسایل برقی مختلف می توانند با قرار گرفتن روی سطح یک صفحه سازگار (Compatible Pad) خاص نیرو رسان شارژ شوند. برای استفاده از این فناوری دستگاه ها باید با آن سازگار باشند.

برای شناسایی محصولات سازگار با این فناوری WPC استانداردی را ایجاد کرد. این ائتلاف لوگوی رسمی برق رسانی بی سیم را برای شناسایی دستگاه های سازگار با آن به جهانیان معرفی کرد. WPC لغت چینی Qi با تلفظ چی (chi) به معنای زندگی و انرژی حیاتی بدن (Vital Energy) را برای این استاندارد انتخاب کرد. شرکت های عضو این ائتلاف با همکاری هم روی این موضوع کار کردند تا سرانجام موفق شدند به نتیجه و نظری مشترک در رابطه با مشخصات فنی این استاندارد دست یابند. با تحقیقات و پیگیری های شرکت های عضو ائتلاف نسخه 1 این فناوری برای فراهم کردن بیش از 5 وات جریان برق طراحی شد که برای شارژ یک تلفن همراه ویا دستگاه پخش موسیقی MP3 کفایت می کرد. شرکت Fulton Innovation از اولین شرکت هایی بود که نمونه اولیه محصولات سازگار با این فناوری را تولید کرد. البته این محصولات به صورت آزمایشی بودند و هرگز وارد بازار نشدند. پس از آن با فراگیر شدن این استاندارد شرکت های بیشتری به عضویت این ائتلاف درآمدند و روی استاندارد Qi سرمایه گذاری و تحقیق کردند. البته شرکت های کوچک و بزرگ دیگری خارج از ائتلاف به تحقیق در رابطه با شارژرهای بی سیم پرداختند. این کار باعث شد تا شرکت های مختلف اهمیت بیشتری به شارژ بی سیم بدهند و تلاش ها در این زمینه بیشتر شود. در این میان بعضی شرکت ها درصدد رفع مشکلات این فناوری برآمدند اما شرکت های دیگری هم بودند که می خواستند روشی اختصاصی برای سارژ بی سیم ابداع کنند.

اما این فناوری بدون مشکل نبود و مضرات خاص خود را داشت. قرار گرفتن در معرض امواج رادیویی و میدان های مغناطیسی متناوب خطرات بالقوه خود را دارد. میدان های مغناطیسی و امواج رادیویی می توانند گرما را منتقل کنند حال اگر این گرما به سلولهای بدن انسان ارسال شود، می توانند در یک بازه ی زمانی طولانی به بدن آسیب برسانند. البته در این فناوری میزان امواجی که ما را در معرض خود قرار می دهند کمتر از حد مجاز استانداردهاست و خطر خاصی ما را تهدید نمی کند. البته این ترس وجود دارد که میدان های الکترومغناطیسی بافت ها را از طریق یک مکانیزم دیگر غیر گرمایی تخریب کنند مانند نگرانی هایی که در مورد امواج گوشی های تلفن همراه وجود دارد.

ولی نگرانی اصلی در مورد این فناوری بیشتر مربوط به مسائل زیست محیطی می باشد. در حالی که زمین هر روز گرم تر می شود خیلی از مردم به دنبال راهی برای افزایش بهره وری و ذخیره انرژی می گردند تا به این ترتیب انتشار گازهای گلخانه ای نیروگاه ها کاهش یابد. برخی محققان انتقال بیسیم انرژی الکتریکی را با توجه به هدر رفت انرژی که دارد یک گام رو به عقب می دانند. به عقیده ی دانشمندان چرا باید به جای کاهش مصرف برق از سیستم های بی سیم انتقال انرژی الکتریکی استفاده کنیم فقط به این دلیل که باعث زیبایی می شوند؟! وقتی به تک تک اجزای این سیستم ها نگاه می کنیم اتلاف انرژی زیادی مشاهده نمی شود اما اگر کل خانه از این فناوری برای شارژ دستگاه های خود استفاده کنند و این امر در تعداد زیادی از منازل اتفاق بیفتد داستان طور دیگری می شود.

در ویدیو زیر می توانید نحوه کارکرد این روش را به صورت عملی مشاهده کنید:

القای مغناطیسی بهترین روش برای انتقال انرزی الکتریکی به خصوص برای دستگاه های الکترونیکی بود. اما به دلیل مشکلاتی که برای این فناوری مطرح شد و بیشتر از همه جاه طلبی های شرکت های بزرگی همچون اینتل باعث شد تا روش دیگری که از سایر روش ها جدیدتر است اختراع شود. مدتی پس از ایجاد شدن استاندارد Qi اینتل نیز سیستم انتقال برق بی سیم خود را به نمایش گذاشت. به گفته تحلیلگران این سیستم می تواند با بی نیاز کردن وسایل الکترونیکی از مبدل ها پریزها انقلابی در زندگی مدرن به وجود آورد.

در روز پنچ شنبه 21 آگوست 2008 مصادف با 31 مرداد 1388 جاستین راتنر در نشست سالانه تولیدکنندگان این شرکت در شهر سانفرانسیسکو فناوری اتصال تشدید کننده انرژی بی سیم (Wireless Energy Resonant Link) را به نمایش گذاشت. برق به صورت بی سیم به یک چراغ روی صحنه فرستاده می شد و یک لامپ 60 واتی که مصرف برق آن از یک لپ تاپ معمولی بیشتر است را روشن می کرد. اما مهمترین نکته این بود که جریان برق بدون اثرگذاشتن بر روی افراد یا اشیایی که در مسیر انتقال برق قرار داشتند منتقل می شد. این روش انتقال انرژی الکتریکی، انتقال رزونانسی نام گرفت و خیلی زود به رقیب اصلی القای مغناطیسی تبدیل شد.

شارژرهای بی سیم امروزی

شارژرهای بی سیم امروزی چگونه عمل می کنند؟

تا اینجا شما را با موارد مهم در زمینه ی انتقال انرژی الکتریکی آشنا کردیم. تاکنون روش های مختلفی برای انتقال بی سیم انرژی الکتریکی ابداع شده است که در این بین تنها تعداد کمی از آن ها عملی شدند و مواردی که ذکر شد کارآمدترین روش ها برای انتقال بی سیم برق بودند. اما بحث اصلی ما در مورد شارژ بی سیم وسایل الکتریکی است. این مسئله در سال های اخیر از طرف شرکت های تولیدکننده دستگاه های الکتریکی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. امروزه انواع گوناگونی از شارژرهای بی سیم در بازار یافت می شوند و سوال اینجاست که این شارژرها از کدام روش برای انتقال برق به دستگاه های ما استفاده می کنند؟ در زمینه ی شارژ بی سیم گجت های همراه دو روش اول یعنی استفاده از امواج ماکروویو و پرتوهای لیزری فروسرخ با توجه به مشکلات و موانع زیادی که وجود داشت تقریباً از رده خارج شدند و در حال حاضر از دو روش القای الکترومغناطیسی و انتقال رزونانسی در شارژرهای بی سیم امروزی استفاده می شود.

 در روش القای الکترومغناطیسی انرژی الکتریکی از طریق میدان مغناطیسی بین شارژر و دستگاه شارژ شونده انتقال می یابد. بدین ترتیب منبع نیرو و دستگاه باید بسیار به هم نزدیک باشند به طوری که دستگاه و شارژر به هم چسبیده باشند. به همین دلیل شارژرهایی که از این فناوری استفاده می کنند دارای یک صفحه هستند که گوشی روی آن قرار می گیرد و شارژ می شود.

اما در روش انتقال رزونانسی شارژر و دستگاه شارژ شونده می توانند 1.5 اینچ از هم فاصله داشته باشند. گفته می شود که این روش نسل آینده شارژ بی سیم خواهد بود. از برتری های این روش نسبت به القای الکترومغناطیسی می توان به امکان شارژ کردن همزمان چند دستگاه توسط یک شارژر، شارژ کردن دستگاه در صورت وجود جسم فلزی در اطراف و همین طور شارژ کردن دستگاه در صورت وجود مانع بین شارژر و دستگاه اشاره کرد. از دیگر معایب روش القای الکترومغناطیسی این است که به دلیل استفاده از سیم پیچ برای انتقال انرژی الکتریکی شارژرها و کیت هایی که در گوشی های همراه کار گذاشته می شوند وزن و ابعاد بیشتری نسبت به شارژرها و کیت هایی که از فناوری انتقال رزونانسی استفاده می کنند دارند. به هر حال با استفاده از هردو روش نیاز به سیم برای اتصال دستگاه و منبع تغذیه از بین می رود.

یک عیب مشترک بین دو روش وجود دارد و آن قیمت تمام شده ی بالای هر دو فناوری است به طوری که شرکت های تولیدکننده تلفن همراه محصولات سازگار با شارژ بی سیم خود را بدون شارژر بی سیم عرضه می کنند تا قیمت محصولاتشان بیشتر از رقبا نشود. در حال حاضر اگر بخواهید برای تلفن همراه خود یک شارژر بی سیم تهیه کنید باید چیزی حدود 20 تا 60 دلار هزینه کنید و همین امر سبب می شود که عده ای قید استفاده از این فناوری را بزنند. از دیگر معایب مشترک دو روش شارژ بی سیم سرعت و توان پایین این شارژر ها نسبت به شارژرهای سیمی است. شارژرهای بی سیم کنونی دارای محدودیت ولتاژ خروجی 5 ولت و جریان 700 تا 1000 میلی آمپر ساعتی هستند. البته شرکت های سازنده وعده داده اند که این محدودیت در آینده برطرف خواهد شد با این حال با توجه به این مورد سرعت شارژ دستگاه با شارژر بی سیم کمتر تر از شارژر های معمولی است و البته این سرعت پایین در شارژ شدن گوشی می تواند باعث کاهش عمر باتری شود.

البته شارژرهای بی سیم مزایای زیادی هم دارند. از مزایای استفاده از شارژرهای بی سیم ایمنی بیشتر این شارژرها نسبت به شارژرهای سیمی است. بارها خبرهایی از انفجار شارژرهای سیمی منتشر شده است و این انفجارها تلفات جبران ناپذیری به صاحبان دستگاه ها وارد کرده است و حتی در مواردی منجر به مرگ افرادی هم شده است. این در حالی است که شارژرهای بی سیم خطر کمتری دارند و تاکنون گزارشی مبنی بر وارد شدن خسارت توسط این شارژرها منتشر نشده است و همبن طور با استفاده از این شارژرها خطر برق گرفتگی افراد کاهش می یابد. از مزایای دیگر شارژرهای بی سیم خلاص شدن از شر سیم های مزاحم است. با استفاده از این شارژرها دیگر نیازی نیست که بارها شارژر را به پورت میکرو USB وصل و خارج کنید و به این ترتیب میزان خرابی پورت میکرو USB دستگاه شما کاهش می یابد. از دیگر مزایای شارژرهای بی سیم این است که با تهیه ی یک پد 10 تا 15 دلاری می توان هر تلفن همراهی حتی گوشی های قدیمی را با این فناوری سازگار کرد.

رقابت در صنعت شارژ بی سیم: قدرت های اصلی در این زمینه کدام شرکت ها هستند؟

امروزه موضوع شارژ بی سیم از طرف بسیاری از شرکت ها مورد توجه قرار گرفته است و هرروز رقابت در این زمینه بیشتر می شود. اما اینکه کدام شرکت در نهایت پیروز می شود بستگی به شرکت های تولیدکننده تلفن همراه و اپراتورهای مخابراتی دارد و آن ها هستند که در نهایت برنده ی اصلی این رقابت را تعیین می کنند به همین دلیل استاندارد های مختلف در زمینه شارژ بی سیم به هر نحوی سعی دارند نظر آن ها را به خود جلب کنند. هنوز نمی توان به طور قطعی برنده را مشخص کرد زیرا سازندگان گوشی های همراه و اپراتورهای مخابراتی به استاندارد خاصی متمایل نشده اند و در حال حاضر از تمام استانداردهای رایج در این زمینه حمایت می کنند.

در حال حاضر قدرت های اصلی در زمینه شارژ بی سیم سه تشکل فعال هستند که رقابت در صنعت شارژ بی سیم بین این سه استاندارد است. این سه جریان اصلی در صنعت شارژ بی سیم عبارتند از: Qi، A4WP و PMA که در ادامه به معرفی هر یک از آن ها می پردازیم.

(Alliance For Wireless Power (A4WP

A4WP یکی از تشکل های فعال در زمینه شارز بی سیم است و برخلاف دو تشکل دیگر که از روش القای الکترومغناطیسی برای شارژ کردن دستگاه ها استفاده می کنند این تشکل از روش انتقال رزونانسی برای شارژ دستگاه ها به صورت بی سیم استفاده می کند. A4WP با توجه به استفاده روش انتقال رزونانسی می تواند جای خود را در تمام محیط ها از جمله آشپزخانه باز کند و به کمک فناوری بلوتوث 4 می تواند مناطق شارژ بی سیم هوشمند را شکل دهد و نیاز به سخت افزار را کاهش دهد. البته A4WP را فعلاً نمی توان یک استاندارد دانست و در حال حاضر بیشتر یکسری مشخصات است زیرا هنوز سازمان های استاندارد آن را به رسمیت نشناخته اند.

در بین سه استاندارد و تشکلی که در حال حاضر در زمینه ی شارژ بی سیم فعالیت دارند A4WP از همه جوان تر است و مدت زیادی از فعالیتش نمی گذرد. با این وجود این استاندارد در این مدت کوتاه توانسته شرکا و حامیان گردن کلفتی همچون کوالکام، اینتل، مدیاتک، الجی، اچ تی سی، سامسونگ و کمپانی Deutsche Telekom را برای خود دست و پا کند. در کل در حال حاضر 100 شرکت به عضویت این تشکل درآمده اند. برنامه های A4WP بیشتر تجاری هستند و فعلاً این تشکل برنامه ای برای محصولات مصرفی ندارد به همین دلیل A4WP تفاهم نامه ای برای استفاده از مشخصات شارژ بی سیم PMA با این تشکل امضا کرد.

(Power Matters Alliance (PMA

 اگر با شرکت Powermat آشنا باشید حتماً PMA را هم می شناسید. این سازمان در سال 2012 تاسیس شد و به خاطر همکاری با Starbucks برای مجهز کردن بیش از 8000 فروشگاه این شرکت ظرف مدت 18 ماه به فناوری شارژ بی سیم نام PMA به تیتر رسانه ها تبدیل شد.

شرکت ها عضو این استاندارد کمی بیشتر از A4WP است. راهکارهای ارائه شده توسط این شرکت برای شارژ بی سیم امکان استفاده در محصولات عمومی مصرفی را هم دارند. مهمترین عضو این استاندارد را می توان اپراتور آمریکایی AT&T دانست و به این ترتیب کاربران این اپراتور فقط می توانند از این استاندارد برای شارژ بی سیم دستگاه های خود استفاده کنند. البته کاربران این اپراتور باید برای خرید داک مخصوص هزینه اضافی بپردازند.

هم اکنون دو تلفن همراه در آمریکا به نام های Kyocera Hydro VIBE و Hydro Icon از استاندارد PMA برای شارژ بی سیم استفاده می کنند. هردو تلفن همراه مذکور جزو تلفن های میان رده ی اندرویدی محسوب می شوند و ضد آب هستند.

PMA در زمینه «استراتژی کشش» خوب عمل کرده است که در آن شرکت ها در حال حمایت از این استاندارد در جهت ایجاد تقاضای مصرف کنندگان به صورت بالفعل است. این دقیقاً مشابه کاری است که استار باکس در حال انجام آن است. شرکت DuPont هم در این زمینه وارد عمل شده است و این استراتژی را برای وسایل منزل به کار می برد. به اندازه کافی پشت این استاندارد محکم هست تا بتواند همچنان با قدرت مطلق این زمینه یعنی Qi رقابت کند.

(Wireless Power Consortium (Qi

 Qi ابر قدرت صنعت شارژ بی سیم محسوب می شود که با داشتن بیش از 200 عضو از جمله الجی، نوکیا و ورایزن در قلمرو شارژ بی سیم حکمرانی می کند. به همین دلیل این استاندارد فراگیرترین استاندارد در زمینه شارژ بی سیم است و از داک های شارژ گرفته تا اتومبیل ها این استاندارد در آن ها حضور دارد. از نظر صنعتی استراتژی Qi مشابه استراتژی دنیای به هم متصل PMA است. این استاندارد درحال رقابت میلی متری با PMA در جهت توسعه ی زیرساخت های لازم است. استقبال از استاندارد Qi تاکنون بیشتر از رقبا بوده است و از پشتیبان های خوبی برخوردار است.

همانطور که پیش از این گفتیم Qi و PMA در یک قلمرو و A4WP در قلمروی دیگری در حال فعالیت هستند. شرکت Powermat که پایه گذار استاندارد PMA به شمار می رود از ارائه کنندگان اولین محصولات شارژ بی سیم بود. Powermat در ابتدا عضو WPC بود و تلاش های زیادی جهت استاندارد سازی Qi انجام داد. اما بعد اختلاف نظرهایی که این شرکت با سایر اعضا در زمینه ی میزان گسترش شارژ بی سیم داشت این شرکت اتحاد را ترک کرد و برای خودش استاندارد جدیدی با نام PMA تاسیس نمود و به رقابت با Qi پرداخت.

از آنجایی که اکثر دستگاه های مجهز به شارژ بی سیم از استاندارد Qi استفاده می کنند توضیحات بیشتری در خصوص استفاده از این استاندارد می دهیم.

بیشتر گوشی های هوشمند جدید با استاندارد Qi سازگاری دارند و نیاز به هیچ گونه تنظیمات خاصی برای شارژ بی سیم ندارند. برای فهمیدن اینکه گوشی شما سازگار با این فناوری است باید به دنبال لوگوی Qi در داخل قاب پشتی و یا روی باتری گوشی خود بگردید اگر قاب پشتی گوشی شما قابل باز شدن نیست باید روی جعبه دستگاه و یا بروشور آن را ببینید. اگر موفق به یافتن لوگوی Qi نشدید تنها راه باقی مانده مراجعه به سایت سازنده گوشی است. برای بعضی از دستگاه ها عبارت Qi Ready ذکر شده است. این عبارت به معنای این است که برای استفاده از شارژ بی سیم شما باید یک پد 10 تا 15دلاری را خریداری نمایید و در زیر قاب پشتی گوشی خود و در روی باتری دستگاه نصب کنید تا بتوانید گوشی خود را با شارژرهای بی سیم شارژ کنید.

تفاوت استانداردهای مختلف شارژ بی سیم در چیست؟

همانطور که گفتیم A4WP در حوضه ی دیگری فعالیت دارد و بیشتر روی کاربردهای صنعتی کار می کند پس ما که مصرف کننده هستیم زیاد سروکاری با این استاندارد نداریم و البته از آنجایی که هنوز در حد یک طرح است و به طورکامل عملیاتی نشده است نمی توان در مورد آن قضاوت کرد. اما در مورد Qi و PMA هردو از روش القای الکترومغناطیسی استفاده می کنند با این تفاوت که طول موج Qi بین 100 تا 205 کیلوهرتز و طول موج PMA بین 277 تا 357 کیلوهرتز می باشد. در اصل هردو استاندارد به یک شیوه عمل می کنند و تفاوت های جزیی به دلیل دیدگاه های متفاوت شرکت هایی است که در راس کار قرار دارند. از تفاوت های دیگر این دو استاندارد که باعث شده است PMA کمی جلوتر از Qi قرارگیرد هوشمند بودن تعیین محدوده ی شارژ بی سیم است. به عبارتی صاحب سیستم می تواند چگونگی استفاده از منطقه شارژ را تعیین کند. به همین ترتیب در این استاندارد کاربردهایی قرارگرفته است که برای یافتن مکان های شارژ بی سیم مفید هستند.

در نهایت کدام یک برنده این رقابت می شود؟

برخلاف نبردهای دیگری که تاکنون در زمینه استانداردها رخ داده است به عنوان مثال: بتامکس به VHS باخت و یا HD-DVD که رقابت را به Blu-Ray واگذار کرد و همینطور HomeRF که نتوانست در برابر Wi-Fi دوام بیاورد برنده این نبرد مشخص نیست. باتوجه به موفقیت ها و پیشتازی اولیه و حامیان بزرگ Qi شاید فکر کنید در نهایت این استاندارد برنده رقابت باشد اما PMA هم رقیب دست و پا بسته ای برای Qi نبوده و به خصوص در چند وقت اخیر تحرکات خوبی داشته است و با توجه به همکاری با استار باکس شاهد موفقیت های بزرگی برای PMA در آینده ی نزدیک خواهیم بود. نکته دیگر همکاری PMA و A4WP است. این دو تشکل برای یکپارچه کردن استانداردهای خود و همچنین شتاب بخشی به توسعه ی نفوذشان در بازار قرارداد همکاری را امضا کردند. این همکاری می تواند در آینده باعث رقابت جدی تری در این زمینه شود.

ما هم که اساساً از این دعواها بدمان نمی آید چون اینگونه رقابت ها در نهایت به سود مصرف کنندگان تمام می شود. البته در کوتاه مدت این رقابتها باعث سردرگمی مصرف کنندگان می شود اما شرکت های بزرگ مانند سامسونگ و الجی و سونی و ... در تمام این تشکل ها عضو شده اند و هرکدام هم که برنده یا بازنده شوند ضرری برای تولیدکنندگان محصولات ندارد. در این بین هنوز هیچ چیز مشخص نیست و ما تنها می دانیم که این شرکت ها می خواهند ما را به سمت دنیایی بدون سیم ببرند باید منتظر بمانیم تا ببینیم آیا با این همه جدال در نهایت سیم ها به طور کلی از زندگی ما حذف می شوند یا نه؟

با این حال هیچ کدام از این تشکل ها تاکنون موفق نشده اند به روشی عملی برای انتقال دوربرد انرژی الکتریکی دست یابند و برای استفاده از شارژرهای بی سیم کنونی باید گوشی با پد شارژر تماس داشته باشد و شارژر هم توسط سیم به پریز برق وصل شده باشد! در اصل شارژرهای بی سیم کنونی بیشتر ابزاری برای زیبایی هستند و کاربرد آنچنانی ندارند البته این تازه شروع کار است و مطمئناً در آینده شاهد پیشرفت های زیادی در این زمینه خواهیم بود. زمان مشخص خواهد کرد که این فناوری چه سرانجامی خواهد داشت. برای آینده ی این فناوری 2 احتمال وجود دارد یا این فناوری در آینده تمام تکنولوژی ها و همینطور زندگی روزمره ما را تحت تاثیر قرار می دهد و یا اینکه شکست می خورد و برای همیشه از یاد می رود. شما چه آینده ای را برای این فناوری پیش بینی می کنید؟

منابع: phonearena-Howtogeek-WiTricity-powerbyproxi-newsoffice.mit-wirelesspowerconsortium