不再需要更多电线:无线传输也许成为未来世界的供电方式

摆脱电线并不仅仅意味着不再需要电缆供应商。由于无线高功率传输技术的发展,曾经受限于电源插座的机器人和工业机器开始真正体验到自由。

在一个更广阔的市场开始出现一些迹象预示着未来将不受电缆限制,这些迹象表明了同一个事实:曾经被工业应用以及电动汽车充电所需要的电源线正在被历史所淘汰。它们正在被无线输电所取代,这项技术由于大量的研发投入以及许多已为技术颠覆做好准备的电动机器的出现而得到迅速发展。

消费品已经开始大规模采用无线输电技术,如智能手机、电动牙刷等,因与之前技术相比,这一功能更受欢迎。但到目前为止,工业无线输电的发展一直受到阻碍,因为相较于小型消费电子产品所需的微小瓦数,在千瓦范围内传输更多电能需要具有更好的管理组件、一致的开放标准设计架构和更强大的材料。

随着工业自动化和自主系统的发展,在过去几年中,对高功率无线输电技术的推动开始加速。无线电源也将在工业物联网中占有一席之地,工业物联网正在迅速扩大所连接机器、计算机和传感器的范围,使得涵盖医疗保健、飞机和能源生产等在内的一切都变得更加智能和高效。

无线输电技术无需插头和连接器,将使这些设备具有更好的移动性,可以完全密封,因此能在各种极具挑战性的多变环境中可靠地运行。试想一下,制造机器人将能够按照需求自主地在工位间移动,并在方便的时间和地点进行充电。

Manish是TI研究无线输电系统所需的基础组件的工程师,他表示:“无线输电技术是未来的趋势。在工厂、机器人、航空航天和汽车领域的自主应用中,当我们摆脱电源线时,各种机会都成为可能。”

长久以来的梦想成为现实

自从100多年前电动工具和其他工业电子设备陆续出现,我们就一直在使用电线进行连接,它们曲折盘绕,穿过地板和台面。

但是这些电线也带来了各种各样的问题,它们限制了设备的移动性。即便是最佳的设计方案也会因电线而存在弱点,因为水、污垢和空气可以带入连接器,同时不断插入和拆卸还增加了设备的磨损。另外在工厂车间和其他地方,电线对于在周围经过的人和机器来说也是一个主要危险源。

自从那些首次的电动创新出现之后,无线电源的想法一直是个无法实现的梦想。性格古怪的杰出发明家尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)设想了一个覆盖全球的无线电网,机器只需通过无线接入即可引出电流。但他的实验失败了。整个20世纪,其他人在电力传输方面都停滞不前,近年来才开始看到无线输电的可能性。

耦合通过空气送电

无线输电系统通过被称为感应式充电的原理来工作。简单地说,基于该系统,发射器中的线圈可以与数英寸或英尺远的远程接收器中的线圈耦合连接,这两个线圈共同形成了一个虚拟变压器。发射器释放电磁能,可在接收器中感应出电流。该电流可用于为连接至接收线圈的电池充电。

当然,实际的无线输电系统要复杂得多,并且在制造和汽车部件的中心为应用处理更多电能也带来了一系列挑战。电流转换几次,天线放大电磁波,专用二极管控制电流,以便安全传输和使用。

  

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操作的大脑

使这一复杂系统运转的关键是将数字大脑置于中心位置,以控制电磁波的频率、幅度和相位等。这在千瓦级的工业生产过程和电动汽车充电中变得更加重要。

TI的C2000™ 实时微控制器(MCU)是许多公司所依赖的关键组件。它是一个小型微控制器,位于发射器和接收器上,通过Bluetooth®或Wi-Fi®进行通信,用于管理电流。C2000 MCU可以通过感应发射器的输入电压、电池需求和其他因素来自动调节系统,以适应不断变化的电力需求和供应。

台湾KNOWMAX科技有限公司是利用C2000 MCU内置智能控制功能的无线输电行业领导者之一。该公司在将尖端无线充电技术融入电气系统方面拥有多项专利。

KNOWMAX的项目经理Tank Huang说:“TI的C2000 MCU为我们提供了使系统适应不同市场需求的灵活性。该组件能够真正精确控制我们的功率级,以便我们能够尽可能高效地输电。”

在实现高功率无线输电所需的关键设备方面,TI的研究人员以成为市场领导者为目标,正在推动组件发展,使其能够智能应对输电速率的不断提升以及发送器与接收器之间距离不断增大的要求。通过这些为改进无线输电工程而作的努力,我们期望将其部署在机器人、工业设施和仓库车辆、电动汽车以及更大型的车队和施工车辆中。

C2000 MCU产品营销工程师Chris 说:“不是故意要这么说,但现在对于身处无线输电领域的我们来说,空气已经实现电气化。工程师们很快将不再需要为其方案苦苦寻找高压插座的最佳位置。消费者将会驾驶无需插电的电动汽车。工厂员工将与无线充电机器人一起工作。当你在思考这个问题的时候,TI正在开发一种最终可供地球上每个人和所有行业使用的技术。”

 

英文原文链接:

http://e2e.ti.com/blogs_/b/thinkinnovate/archive/2018/09/06/no-more-cords-wirelessly-transferred-electricity-may-power-the-world-39-s-future