無線充電技術如何改變工業(yè)解決方案

無線感應充電的工作原理是，在一定距離內(nèi)在感應發(fā)射器和接收器線圈上產(chǎn)生電磁場，而無需任何電纜連接。到2027年，全球無線充電市場規(guī)模預計將達到402.4億美元，從2020年到2027年的復合年增長率為22.2%。

該技術的主要目的是以更高的效率為工業(yè)設備、個人電子設備、家用電器和便攜式設備無線充電，無需任何電纜。與其主要目標相反，無線感應充電在沒有電纜的情況下無法完全工作，當它不通過電池供電時。充電站/發(fā)射器仍將通過電源線與主電源插座連接，并在沒有電池時保持持續(xù)連接。但是像智能手機這樣的小型個人電子產(chǎn)品可以無線充電。它必須放置在無線站/發(fā)射器附近。充電站/發(fā)射器包含一個線圈，交流電（交流電）通過該線圈流向個人小工具的接收器線圈，并且該電產(chǎn)生電磁場。當智能手機等小型個人電子產(chǎn)品在此電磁場區(qū)域內(nèi)充電時。

在工業(yè)中采用無線充電技術的優(yōu)勢

最近，無線感應充電正迅速從理論發(fā)展到商業(yè)和工業(yè)產(chǎn)品的標準功能，尤其是智能手機、耳塞/AirPods、手表等消費電子設備，以最大限度地減少有線充電要求并接受通用無線解決方案，使用單站/發(fā)射器為所有電子產(chǎn)品個人小工具充電并提高友好性。減少電子廢物以支持通用解決方案，如Qi（Chee）標準，并且可以最大限度地減少充電器對不同設備的特定要求。由于接收器按需發(fā)出功率請求，它更加靈活和節(jié)能，并且可以在發(fā)射器端相應地設置功率傳輸限制，以實現(xiàn)所需的功率傳輸。它還增加了電池供電和有線設備的靈活性，以避免更昂貴、更危險和不可行的選擇。

無線充電技術的缺點

無線充電的唯一缺點是它比有線充電器產(chǎn)生更多的熱量，并且還需要放置特殊的機械成型/腔體。

讓我們談談無線感應充電技術的當前趨勢基礎

無線充電技術的成熟正在朝著兩大方向發(fā)展：基于射頻的充電和基于耦合的充電。為了安全和全球感應無線技術支持，主要形成了兩個標準來支持無線充電：Qi – 由無線充電聯(lián)盟 （WPC） 標準、Airfuel – 由合并的 PMA – 由功率物質聯(lián)盟和 A4WP – 由無線充電聯(lián)盟 （A4WP） 標準。

圖-2：組織定義標準

電感耦合功率傳輸還能夠支持千瓦級以上的高功率傳輸，因此廣泛用于機器人操縱、自動水下航行器、感應發(fā)電機和電機等工業(yè)自動化。為了給包括插電式混合動力電動汽車（PHEV）在內(nèi)的電動汽車（EV）的電池供電，整體效率在80-90%以上，功率為1至10KW，距離小于厘米。中低功率近場充電（功率范圍從幾瓦到幾十瓦）廣泛用于醫(yī)療設置和家用電器，如感應牙刷、電視、照明墻壁開關等，以及小型個人電子產(chǎn)品便攜式設備。最近，更多的應用涉及油井、海上能量收集、煤礦、電動自行車、傳感器、可穿戴設備、植入式系統(tǒng)、RFID、發(fā)光二極管 （LED） 顯示器、電力線通信和智能電網(wǎng)。

在這兩種無線充電技術中，如今，基于耦合的充電，尤其是感應充電，由于易于和低成本的實施，更低的功率，更低的頻率，更高的效率以及消費者對RF指令的安全問題，因此在當今時代得到了廣泛的應用。

磁感應和磁共振耦合這兩種技術在近場上工作，其中產(chǎn)生的電磁場命令靠近散射物體/發(fā)射器的區(qū)域。近場功率根據(jù)充電距離倒數(shù)的立方衰減。

電感耦合

它的工作原理是磁場感應的基本原理，在兩個線圈之間傳遞電能

功率傳輸是由于初級線圈穿過次級接收器線圈產(chǎn)生的不同電磁場，并在場內(nèi)感應電流/電壓，通常小于波長。該感應電壓可用于為無線設備充電

電感耦合的工作頻率通常在千赫茲范圍內(nèi)，范圍為110KHz至205KHz。次級線圈應在工作頻率下調(diào)諧，以提高充電效率

由于功率衰減越高，質量因數(shù)通常較小，因此有效充電距離小于20cm。例如 – RFID 和電動汽車的整體有效功率可以達到更高的 KW

磁感應耦合的優(yōu)點包括易于實施、操作方便、近距離效率更高（小于線圈直徑）和確保安全。因此，它在小型個人和便攜式電子設備中很受歡迎

個人電子產(chǎn)品和便攜式設備的市場更關注WPC形成的內(nèi)部接受的Qi標準。Qi標準主要側重于磁感應功率傳輸，支持單個站為所有個人設備充電，數(shù)字帶內(nèi)鏈路用于識別兼容設備和控制功率水平。

圖-3：磁感應功率傳輸WPC Qi

磁共振耦合

它的工作原理是消逝波耦合的基本原理，通過振蕩磁場在兩個諧振線圈之間產(chǎn)生和傳輸能量

它可以實現(xiàn)高能量傳輸效率，向外非共振泄漏小

該技術可以應用于一個發(fā)射諧振器和多個接收器諧振器之間。因此，它能夠以更高的品質因數(shù)對在MHz頻率范圍內(nèi)運行的多個設備進行并發(fā)充電

盡管如此，Airfuel的磁共振功率傳輸也集中在工作頻率為6.78MHz的行業(yè)中，單個功率傳輸單元可以供電到多個功率接收單元。BLE鏈路用于識別兼容設備和控制功率水平.