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無線充電(又稱感應充電、非接觸式感應充電),主要是利用近場感應,也就是電感耦合,由供電設備(充電器)將能量傳送至用電的裝置,該裝置使用接收到的能量對電池充電,並同時供其本身運作之用。由於充電器與用電裝置之間是以電感耦合傳送能量,所以兩者之間無需使用電線連接,因此充電器及用電的裝置都可以做到無導電接點外露,且可以避免被鼠巢破壞,減少許多麻煩。
科學家在19世紀發現了電磁轉換的現象,理論上來說,電力可轉化為通過無形的介質傳播的電磁波,達到電力的無線輸送。但是電磁波向四面八方輻射,能量大量散失,因此無線輸電的研究進展始終不大。2007年6月,麻省理工學院的研究團隊在美國《科學》雜誌的網站上發布將共振運用到電磁波的傳輸上並且成功擷取電磁波的消息。他們利用銅製線圈作為電磁共振器,一團線圈附在傳送電力方,另一團在接受電力方。當傳送方送出某特定頻率的電磁波後,經過電磁場擴散到接受方,就實現了電力無線傳導。
(一)無線充電技術:
無線充電技術可分為磁耦共振、電磁感應、微電波轉換、鐳射光感應、電壓效應、電導式….等,前四項為現階段主要發展技術,以電磁感應較為成熟。
1.磁耦共振:
原理來自於音叉共振,將線圈通電後產生特定頻率的磁場,周遭同一頻率線圈或金屬因此會產生震盪,進而產生電流,可將電源內建在NB或PC,使其周圍內建同頻率接收器的電子產品能充電。例如韓國龜尾市(Gumi) 在2013年08月將供電設備埋置於柏油路面下方,採地面無線供電的方式,即成功地實現OLEV(On Line Electric Vehicle) 電動公車上路。
2.電磁感應: 理論來自於法拉第電磁理論,一線圈通電後會產生磁通量,進而感應週遭線圈產生電流,轉換效率高達70%以上,主要應用於小型電器。
3.微電波轉換:
無線電波本身就有能量,一般用來傳送訊息及聲音,可將訊號及能量分離,收集能量轉為電力,美國廠商Powercast研發出此一技術,並進入量產。
4.鐳射光感應:原理跟太陽能一樣,以鐳射取代太陽能,將鐳射打在太陽能表面,利用半導體將光能轉換成電能,轉換效率需視太陽能板轉換效率而定。不過鐳射光源容易受到障礙物或天氣因素的影響,而且高能量雷射對人體有害,所以無法應用在一般的消費市場,主要以軍事及特殊用途為主。
四種技術優缺點比較表:
技術 | 磁耦共振 | 電磁感應 | 微電波轉換 | 鐳射光感應 |
原理 | 用同一共振頻率的收發端傳送能量 | 法拉第電磁感應定律 | 將電磁波轉換成電流 | 利用鐳射及太陽能板傳送能量 |
傳輸功率 | 數W~數百KW | 數W~數百KW | >100mW | 數百KW |
傳輸距離 | 5m | <10cm | >10m | >100m |
轉換效率 | 50% | 70% | 1.6% | 25% |
優點 | 充電遠距,無角度限制 | 轉換效率高 | 無線電波傳送,自動且隨時隨地充電 | 技術成熟,充電距離遠 |
缺點 | 1.引發同樣頻率的金屬產生共振而發熱,造成安全上的危害。 2.調頻技術難。 |
1.有擺設的限制,且距離短。 2.會對任何的金屬有感應而發熱,需加裝辨識系統。 |
1.充電時間長,因大量能量被浪費掉。 2.轉換效率差。 |
1.光線容易被障礙物遮蔽。 2.高強度雷射光具有高度的危險性。 |
著名廠商 | Witricity | Powermat | Powercast | LaserMotive |
應用領域 | 電動公車 | 電動牙刷等小型電器產品 | 手機 | 軍事及特殊用途 |
(二)無線充電技術三大聯盟:
(1)PMA:採電磁感應技術。由Powermat Technologies和寶潔公司於2012年創立。其董事會還包括美國電話電報公司(AT&T)、金霸王、星巴克以及美國政府能源之星(無投票權)的代表。PMA產品的主要零售商店有機場、體育場館、餐廳、健身房和髮廊等都配備了具有兼容性的「無線充電點」。成員:AT&T移動公司(董事會成員), 宏達電,聯發科,星巴克公司(董事會成員), 美國EPA能源之星計劃(董事會觀察員)等公司。
(2)WPC(Wireless Power Consortium):
採電磁感應技術。成立於2008年12月,由ConvenientPower Limited、Fulton Innovation LLC、羅技公司、美國國家半導體公司、奧林巴斯株式會社、荷蘭皇家飛利浦電子公司、三洋電機株式會社、深圳桑菲消費通信有限公司及德州儀器公司(依英文字母序)共9家公司創立,以制定所有電子設備都能相容的無線低功率充電國際標準為使命。WPC成員跨及各行業,行業包括手機,消費類電子產品,電池,半導體,元器件,無線供電技術和基礎設施等,如無線運營商,家具和汽車零部件企業。產品遍部美國,亞太和歐洲地區。成員:華碩電腦股份有限公司,黑莓有限公司(總公司),宏達國際電子股份有限公司,飛利浦,LG, 聯發科 ,摩托羅拉移動公司,諾基亞等140多個成員。
採電磁感應技術。成立於2008年12月,由ConvenientPower Limited、Fulton Innovation LLC、羅技公司、美國國家半導體公司、奧林巴斯株式會社、荷蘭皇家飛利浦電子公司、三洋電機株式會社、深圳桑菲消費通信有限公司及德州儀器公司(依英文字母序)共9家公司創立,以制定所有電子設備都能相容的無線低功率充電國際標準為使命。WPC成員跨及各行業,行業包括手機,消費類電子產品,電池,半導體,元器件,無線供電技術和基礎設施等,如無線運營商,家具和汽車零部件企業。產品遍部美國,亞太和歐洲地區。成員:華碩電腦股份有限公司,黑莓有限公司(總公司),宏達國際電子股份有限公司,飛利浦,LG, 聯發科 ,摩托羅拉移動公司,諾基亞等140多個成員。
(a).Qi (無線充電標準) - Qi (發音與命名來自中文:「氣」),由無線充電聯盟(WPC)所制定的短距離(40mm,
1.6英吋)低功率無線感應式電力傳輸的互連標準,主要是提供行動電話手機與其他攜帶型電子設備便利與通用的無線充電。
1.6英吋)低功率無線感應式電力傳輸的互連標準,主要是提供行動電話手機與其他攜帶型電子設備便利與通用的無線充電。
Qi標準有1.0與1.1兩代的版本(第一卷為低功率部份,5W以下),最新下載版本為1.1.1版。為了改善Qi無線充電產品,無線充電聯盟(WPC)頒布了一項新版1.1.2版Qi標準。其主要目的不僅為了更好的實現用戶體驗,同時通過減少互通性測試的問題來縮短測試時間。
(3)A4WP(Alliance for Wireless Power): 採磁耦共振。2011年於美國加州成立。該聯盟的會員行業包括設備製造商,移動運營商,芯片供應商,汽車公司,家具製造商,工程部門,測試和監管服務等。會員:德爾福汽車系統公司,德國電信(Deutsche Telekom),船井電機有限公司
,英特爾,微尖科技公司,Nordic半導體,韓國歐姆龍汽車電子有限公司,TDK等公司。
,英特爾,微尖科技公司,Nordic半導體,韓國歐姆龍汽車電子有限公司,TDK等公司。
無線充電的磁芯、電感主要供應商名單
發收產品間的身分辨識 | 聯發科(2454),Qualcomm,TI,ST-micro,Freescale,Renesas |
電源晶片 | TI,NXP,Qualcomm,Infineon,Denso,Seiko |
磁心或銅心電感應 | 奇力新(2456),美磊(3068),千如(3236),鈞寶(6155),太陽誘電,松下電子,村田,TDK |
無線充電裝置的組裝 | 群光(2385),力銘,佑驊,富達通,湖北松懿力騰,EPSON,LG,TDK,Samsung,Witricity,Powermat,Plugless power |
線圈設計 | 百泉,Vishay |
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