無線接口能量傳輸變得越來越普及，例如無線耳機和電磁爐等。然而，這項技術究竟還能給我們帶來多少便利？我們能否在不插電的情況下為汽車充電，或者如何實現(xiàn)在不通過電塔和溝渠就把電力傳輸?shù)狡h地區(qū)?
無線供電的主要形式有兩種
1. 通過在發(fā)射器和接收器之間形成電場或磁場來實現(xiàn)緊密耦合，將能量從一邊傳遞到另一邊。某些緊密耦合的功率傳輸方案使用電場耦合兩個電極。但在更普遍的情況下，比如電磁爐、電動牙刷和手機充電器及其他產品會在發(fā)射器中產生電磁場，然后利用這個電磁場在附近的接收器中生成感應電流，從而為電池充電等等。
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2. 輻射耦合，它涉及將能量束(通常以高頻無線電波的形式)引導傳送到接收器，接收器捕獲盡可能多的能量。
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對準發(fā)射器和接收器，才能高效傳輸能量
汽車無線充電應用
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隨著電動汽車無線充電標準的制定，我們看到了更大的挑戰(zhàn)。Molex莫仕最近針對汽車企業(yè)的一項調研顯示，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(shù)十瓦為單位。然而，電動汽車(EV)需要達到50KW至250KW充電速率，才有可能替代內燃機汽車進行長途行駛。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。由于對準不良而造成的傳輸損耗有百分之幾，這就意味著數(shù)百瓦的功率會損耗，成為充電器的傳輸線圈與車輛的接收器之間接口中的無用熱量。
電動汽車無線充電車道的概念
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SAE International國際自動機工程師學會已經發(fā)布了一項標準“J2954_202010”，以解決汽車無線充電的諸多問題。它建立了用于輕型插入式EV汽車的無線電力傳送系統(tǒng)的互操作性、電磁兼容性、EMF、性能、安全性和測試標準。該規(guī)范旨在用于固定式充電應用，將來可能會考慮動態(tài)應用。以目前的形式，它僅限于地面上的充電墊，不包括嵌入式安裝的充電設備。?SAE J2954標準還定義了一種對齊方法，該方法將幫助駕駛員將其車輛與充電板對齊，以確保實現(xiàn)高效的能量傳送，以及建造相關設施用于未來有可能的自動充電操作。但是，如要要實現(xiàn)簡單快速的無線充電，以取代將汽車插入汽油泵一樣的常規(guī)用戶行為，就需要精良的工程設計和大量用戶規(guī)范操作。
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迄今為止，在汽車中為手機進行無線充電可能是無線電力傳送發(fā)展前景不明朗的最好例證。僅當手機準確放在特定位置時才能使用無線充電，以確保發(fā)射器和接收器線圈之間的穩(wěn)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
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手機無線充電應用
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手機用戶是比較挑剔的，這就是為什么最新的智能手機的外殼后部具有如此強的磁鐵，以便輕松快速地對齊。但是，這種無線充電仍然不足。用戶更希望能夠在指定空間的任何位置為設備充電，而無需緊貼精確對準充電線圈。由Molex Ventures投資的初創(chuàng)企業(yè)Ossia通過使用類似高級WiFi和5G系統(tǒng)中使用的MIMO天線陣列的方法來做到這一點，即使設備不在發(fā)射器的視線內，也可以將能量發(fā)射到設備上。
?在Ossia的方法中，電力發(fā)射器會從天線發(fā)射出常規(guī)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(fā)回一個信標信號，表明其存在和需求。功率發(fā)送器測量每個信標信號的相位，并使用該信號確定功率發(fā)送方向，以實現(xiàn)最有效的能量傳輸。
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這種方法適用于單天線發(fā)送器，但具有多個天線的功率發(fā)送器可以測量到達每根天線的信標信號的略有差別的相位，從而更準確地建立最有效的傳輸路徑。然后，功率發(fā)送器可以調整每個天線的相位和功率輸出，將相干的能量束導引傳送到接收器。而且這條路徑不必在視線范圍內——如果受電設備發(fā)送的信標信號在通往發(fā)射器的途中被墻壁彈回，則功率發(fā)射器會導引其能量束沿著相同的路徑回來。
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啟用Ossia Cota電力接收器的設備發(fā)送信標信號以定位Cota電力發(fā)射器
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功率發(fā)送器還可以為一個空間內多個設備進行無線充電，該空間中的每個接收器都測量其需要的功率，并將此信息作為請求發(fā)送給功率發(fā)送器。然后，功率發(fā)送器比較來自它正在服務的接收器的所有請求，并且根據(jù)需求向每個接收器分配無線電力脈沖。Molex Ventures公司認為這種方法前景光明，一旦能以這種方式傳送能量，人們就可以重新考慮如何在環(huán)境中為設備供電。充電方式從無線充電變?yōu)闊o線供電。例如，天花板煙霧報警器將永遠不需要新電池了，而掃地機器人也無需返回充電站，也可繼續(xù)執(zhí)行清掃任務。
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人們的行為發(fā)生變化，新的機型也會涌現(xiàn)，就像從固定電話發(fā)展到智能手機時的情形一樣。
最終，這一變化將伴隨著配套技術的發(fā)展，例如支持對準的傳感器，或有助于大功率充電的熱管理解決方案。為通往一個聯(lián)系日益緊密但不受束縛的世界提供一條道路。