從TWS到電磁爐，我們越來越習慣于通過無線接口傳遞能量，但是這項技術能走多遠？我們能否在不插電的情況下為汽車充電，或者在不搭鐵塔的情況下將電網傳輸到偏遠地區。
無線供電的主要形式有兩種。第一種涉及通過在發射器和接收器之間形成電場或磁場來使其緊密耦合，然后使用它將能量從一邊傳遞到另一邊。一些緊密耦合的功率傳輸方案使用電場耦合兩個電極。電磁爐，電動牙刷和無線電話充電器等其他產品會在發射器中產生電磁場，然后利用該場在附近的接收器中感應出電流，從而為電池充電。
第二種主要方法是輻射耦合，它涉及將能量束（通常以高頻無線電波的形式）引導到接收器，該接收器經過高度調諧以捕獲盡可能多的能量。
發送器和接收器之間的對準對于能量傳輸效率非常重要。圖片：Molex Ventures
每種方法都有其優點和局限性，能量傳輸的效率和傳輸范圍是最重要的兩個優點。對于緊耦合方案，發送方和接收方之間的對齊對于有效的能量傳輸非常重要。如果您使用過電磁爐，您會本能地知道這一點，因為鍋從其標記的圓環中心移開后會立即停止加熱。您可能還注意到，最新智能手機的背面嵌入了大量磁鐵，以確保無線充電座與手機的接收線圈完美對齊。充電時間對于手機至關重要，因此確保無線充電盡可能高效非常值得努力。
我們正在努力制定電動汽車無線充電標準，從而在更大范圍內看到類似的挑戰。Molex最近對汽車公司進行的一項調查顯示，有36％的受訪者認為，到2030年，無線充電將成為標準功能。在手機中，充電速率以數十瓦為單位。但是，電動汽車（EV）需要50KW至250KW的充電率，才能成為長途旅行中內燃機汽車的可替代品。確保地面上的傳輸線圈與汽車下方的拾波線圈之間的對準非常重要。畢竟，由于對準不良而造成的傳輸損失只有百分之幾，這可能意味著數百瓦的功率由于充電器的傳輸線圈與車輛的接收器之間的接口中的無用熱量而被耗散掉。
電動汽車無線充電通道概念 圖片：Molex Ventures
SAE International已經發布了一個標準（J2954_202010），以解決圍繞無線車輛充電的許多問題。它建立了用于輕型插入式EV的無線電力傳輸系統的互操作性，電磁兼容性，EMF，性能，安全性和測試標準。該規范旨在用于固定式充電應用，盡管將來可能會考慮動態應用。按照目前的形式，它僅限于地上的充電板，并且不包括嵌入式安裝的設備。
SAE J2954標準還定義了一種對齊方法，該方法將幫助駕駛員將他們的車輛與充電板對齊，以確保有效的能量傳輸，并為汽車提供基礎設施，以在將來自動執行此操作。但是，要確保無線充電既簡單又快速，就需要取代加油槍這種簡單操作，這需要良好的工程設計和大量的用戶紀律。
迄今為止，對于汽車中的手機進行無線充電可能是迄今為止無線功率傳輸前景不確定的最好例證。僅當電話放在特定位置時才能使用，以確保發射器和接收器線圈之間牢固對準。
各種形式的充電墊。從左到右：無線充電架，無線充電墊和無線充電杯架（圖片來源：Molex Ventures）
手機用戶并不是那么寬容，這就是為什么最新的智能手機的外殼后部有如此強的磁鐵，可以使對準迅速。但是，這種無線充電仍然是部分束縛的體驗–您必須去充電墊所在的位置。更好的用戶體驗將涉及能夠在指定體積的任何位置為設備充電，而無需緊密耦合并精確對準充電線圈。由Molex Ventures投資的名為Ossia的初創公司正是通過使用類似于高級WiFi和5G系統中使用的MIMO天線陣列的策略來做到這一點的，即使設備不在發射器的視線內，也可以將能量發射到設備上。
在Ossia的方法中，電力發射器會從天線發射出常規信號，以使其與附近的任何兼容設備同步。然后，每個接收器都發回一個信標信號，以宣布其存在和所需功率需求。功率發送器測量每個信標信號的相位，并使用該信號確定應發送功率的方向，以實現最有效的能量傳輸。
這種方法適用于單天線發送器，但是具有多個天線的功率發送器可以測量到達每個信標的不同相位，以更準確地建立最有效的傳輸路徑。然后，功率發送器可以調整其每個天線的相位和功率輸出，以將相干的能量束引向接收器。而且這條路徑不必在視線范圍內–如果受電設備發送的信標在通往發射機的途中從墻壁上彈開，則該發射機也將其光束沿同一路徑引回。
啟用Ossia Cota電力接收器的設備發送信標信號以定位電力發射器，然后通過同一路徑無線供電。圖片：Molex Ventures
變送器還可以支持多個設備。該容積內的每個接收器都會測量其所需的功率，并將此信息作為請求發送給發射器。然后，發送器比較來自它正在服務的接收器的所有請求，并根據每個接收器的需求向每個接收器分配無線電力脈沖。
該公司認為，這種方法的前景是，一旦能以這種方式傳遞能量，就可以重新考慮有關設備在環境中如何供電的各種假設。范式將從無線充電變為無線供電。例如，天花板煙霧警報器將永遠不需要新電池，而機器人真空吸塵器將無需返回笨重的擴展塢即可完成工作。
手機告訴我們，我們可以從手持設備訪問任何東西，而該設備僅受帶寬訪問和適當級別的電池充電的限制。無線能量傳輸似乎是避免插入電話或汽車的一種有用方法，但最終，它仍然被束縛在充電器的位置。如果可以在限定范圍內的任何地方以無線方式為設備供電，那么我們可能會看到我們的機會和行為發生變化，就像從固定電話轉移到智能手機時一樣。
最終，這種變化將伴隨著支持技術的發展而來，例如支持對準問題的傳感器，或有助于大功率充電的熱管理解決方案。這就需要專業知識，為通向日益連通但不受束縛的世界提供途徑。
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