無線充電技術發展與相關應用

刊登日期:2016/11/5
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無線充電技術已經發展多年,但無線充電市場始終沒有爆發性成長。近年來,隨著技術的突破,無線充電技術的發展已不同以往,目前手機以外的行動裝置也將導入無線充電技術,預期市場將逐步攀升。再加上消費性電子產品與汽車電子的導入,無線充電技術的市場發展前景將更加明確。
 
磁感應式無線充電
磁感應無線充電技術原理是應用法拉第定律,利用電流經線圈激發磁場,磁通密度變化而產生感應電動勢,原理和變壓器類似,是目前最為常見的無線電力傳輸方式,在短距離內利用電磁感應進行電能與磁能之轉換,透過充電板平台內發送器的一次線圈(Primary Coil)輸入交流電產生交流磁場,經由兩線圈的耦合,在充電端的二次線圈(Secondary Coil)接收交流磁場產生感應電壓,再轉換成給電池充電的電力。其兩個線圈不需要實際接觸就可以感應達到電力之傳遞。也就是說,通過發射端和接收端的線圈相互感應產生電流,實現無線電力傳輸。
 
磁共振式無線充電
以共振來傳輸能量的原理,用音叉來說明就更容易理解,每支音叉都有自己的發聲頻率,當某支音叉振動發聲時,附近有另一支發聲頻率相同的音叉,即使它沒有直接受到敲擊,也會跟著振動。音叉的共振可以說達到了能量的傳遞。同理,諧振電路也可以共振,兩個振動頻率相同的諧振電路放在一起,其中一個開始通電而振盪時,另一個電路也會跟著振盪起來,進而產生電流,電能就這樣隔空傳送。這樣的現象就稱為磁共振,可以用來進行電能無線傳輸,困難的是要把兩個電路調整到相同的頻率,且維持一段時間,是很不容易的事。

磁共振無線充電技術原理是利用發送端之發送器與待充電物之接收器相同頻率的共振原理來傳輸電能,是以一級線圈和二級線圈採用 LC共振電路,在相同的共振頻率下產生共振耦合來傳輸電力,而兩線圈的共振頻率又會隨著線圈的相對位置而改變,所以要有效的控制電路來改變電路的共振頻率,讓發送端與接收端都以相同的頻率產生共振,如此接收端就能接收到發送端所產生的電磁場,進而接收所傳輸的電能,因此磁共振無線充電技術是以共振頻率需要高度匹配的電磁感應無線充電的解決方案。




圖二、磁共振之無線充電系統方塊圖

 
無線充電產品市場發展
雖然無線充電功能並非全新技術,礙於無線充電的效率比不上有線充電,加上無線充電的標準目前仍難以整合為單一標準,以及無線充電如何降低成本等諸多原因,導致無線充電市場始終無法獲得突破,但近年來受惠於無線充電技術充電效率的提升與手機電池性能的匹配,無線充電市場似乎準備打開一片新藍海。根據研究機構 IHS估計,2015年無線充電板等發送端設備出貨量較2014年成長一倍,達 5,300萬台。
 
無線充電產品應用發展
歷經多年的技術發展,無線充電技術在去年已經成功進入消費市場,開始應用在智慧型手機與穿戴裝置。在短期內,無線充電市場成長的最主要應用仍將是智慧手機與穿戴裝置等電子產品,但是有愈來愈多其他領域的應用可能性正在發生,如……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 


圖四、史丹佛大學無線傳電微型刺激器直徑2 mm,可經由導管插入體內

 
作者:柯文淞、黃玉婷、唐敏注 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」359期,更多資料請見下方附檔。


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