无线充电技术在电动工具的应用与发展

无线充电技术在电动工具的应用与发展

发表时间：2018-06-05T16:07:09.113Z 来源：《基层建设》2018年第8期作者：陈锦文[导读] 摘要：无线充电技术从诞生以来，一直受到人们的高度关注，发展至今，已经取得了较为可观的成绩，随着需求市场的不断壮大，无线充电技术的发展可谓是前途无限，当然，这也需要有先进科学的技术作为支持。

摘要：无线充电技术从诞生以来，一直受到人们的高度关注，发展至今，已经取得了较为可观的成绩，随着需求市场的不断壮大，无线充电技术的发展可谓是前途无限，当然，这也需要有先进科学的技术作为支持。

关键词：无线充电技术；电动工具；应用

引言

无线充电技术（Wireless charging technology，WCT），源于无线电能传输技术（WPT），目前已经大规模商业化推广，主要应用于小功率设备的充电上，而应用于电动汽车充电的大功率无线充电正成为各大汽车厂商的关注焦点。随着电网系统的完善、电能技术的进步和人们对无线充电需求的增加，现阶段无线充电技术处于一个快速成长阶段，虽然在探究发展过程中，将会面临不少的技术难题。目前，无线充电技术主要应用于电子产品，同时，随着能源结构的调整，电动工具领域也将会是无线充电技术应用的另一重大市场，给无线充电技术的发展带来新的机遇和挑战。

1无线充电技术的优势

WCT作为一种新兴的充电技术，相比于传统充电技术，具备可靠性高、安全性高、空间利用率高、单位投资效益高、建设时间短、使用与管理便捷等优势。一是，可靠性高。传统有线充电站模式在恶劣天气条件下使用非常不便，充电设备易受环境影响产生积尘老化等问题，后续设备维护难度高成本大。而无线充电可以采取密封安装与无接触使用，可在恶劣天气条件下进行使用并提高了可靠性。二是，安全性高。电动汽车无线充电没有外露的连接器，彻底避免漏电、跑电等安全隐患，保障人身安全。三是，空间利用率高。由于无线充电设备贴近地面安装，甚至可以埋入地下，在相同建设面积情况下，可植入的充电设备数量更多，增加了充电站空间利用率。四是，单位投资效益高。2000万元投资，有线充电仅能提供4～8个停车位，支持40辆左右大巴，而无线充电可建造80个停车位，支持400辆大巴，或1000辆左右乘用车停车位。五是，建设时间短。相比于一个有线充电站需要约6个月时间建设，无线充电仅需一个月，其中包含两周水泥凝固时间。六是，使用与管理便捷。无线充电设备简化了充电流程，可以配合网络进行无人化管理，无需专业人员值守，将来更可以配合自动驾驶与车联网，在方便了用户的同时也降低了充电站的运营成本。 2无线充电技术的原理

通过磁共振、无线电流、电磁感应等物理物质实现电能从电池发射器传输到电子设备的过程，就是无线充电技术的工作原理。无线充电技术的出现简化和便捷了充电过程，而且电能的传输速度也得到了提高。目前，很多无线充电技术都是应用磁共振、超声波、无线电流、电磁感应实现无线充电的。（1）电磁感应式WCT，是利用电磁感应的原理，通过线圈间的感应耦合作用使能量从发射线圈转移到接收线圈，从而实现短距离的无线电能传输，类似于变压器的原理。电磁感应式WCT的主要优势在于工作频率一般为几十KHz，输出功率大、效率高。磁感应能量耦合一般会采用铁氧体磁芯，能够大大提高线圈间耦合系数，提高无线传输效率。缺点是对位置敏感度特别高，需要原边侧和副边侧距离贴近且位置高度对准，传输距离较近，一般为几mm到数十cm距离。（2）磁场共振式WCT，同样采用电磁感应原理，不同之处在于发射与接收线圈采用谐振方式工作。将发射线圈的工作频率与接收线圈的谐振频率调节一致，形成共振，可以在接收线圈中产生电流，实现电能的无线传输。磁场共振式WCT的主要优势在于可以实现中远距离传输，能够达到几cm至几m；对于线圈对位精度要求不高，有助于充电设备建设；发射装置与接收装置都可以采用密封结构，对于恶劣环境的可靠性与适应度很高。缺点是损耗很高，距离越远，传输功率越大，损耗也就越大，必须对使用的频段进行保护。（3）无线电波式WCT，主要由微波发射装置和微波接收装置组成。接收电路可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量，在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。（4）电场耦合式WCT，利用通过沿垂直•向耦合的两组非对称偶极子而产生的感应电场来传输电能，其基本原理是通过电场将电能从•送端转移到接收端。无论哪种类型，其实都是为了解决一个问题：充电便利性。综合来看，电磁感应式与磁场共振式是目前最为合适的WCT，目前正在进行无线充电研发的车型几乎都使用此两种技术。

3无线充电技术在电动工具的应用与发展

3.1无线充电装置类型及应用

无线充电技术的实质在于通过电场或者磁场的形式实现电能的输送。不同无线充电技术之间由于其工作原理、工作设备的差异，其电能的传输效率、传输距离等也存在一定的差异。在传统的电动工具充电的过程中，其常使用的装置包括线路、充电器等，其充电过程常常会受到外界条件的影响。同时，不同品牌电动工具之间的充电器等型号差异较为明显。因此，研发电动工具的无线充电技术，具有重要的现实意义。对于电磁感应无线充电技术而言，其主要设备包括两级线圈以及信号接收装置等，两级线圈的主要作用在于产生磁场以及产生电流，而接收装置的作用主要在于将感应信号转化为电能；谐振式无线充电设备主要包括发射设备、接收设备等。当两级线圈的频率相同时，则将实现电能的无线传输；微波无线充电设备主要包括微波的发射以及接收设备等。由于采用无线充电技术之后，电动工具的充电过程不再需要充电电缆。因此，电动工具的充电过程将不再会受到地域、外界条件的限制，其便利性相对较强。

3.2无线充电技术面临的机遇和挑战

一方面，我们能亲身感受到无线充电技术给人们生活带来的便捷，同时，无线充电技术也快速地提高了企业的生产经营效率。无线充电技术发展至今，已经应用到小家电领域，比如：手持电砖、电动剃须刀、电动牙刷等；一些便携式电子产品，比如：手机、电子书、电子手表、笔记本电脑等；还有部分电动汽车也是应用无线充电技术实现充电。另一方面，无线充电技术在发展过程中仍旧存在一些技术问题。无线充电技术一直被充电距离、充电效能、安全性，不同运营商的标准无法达成一致，管理不规范等问题困扰，导致其推广和应用的范围受到限制。具体表现为：充电效能低。远距离充电的效率低，需要浪费大量的时间和资源才能完成充电；安全性问题。大功率的无线充电设备将会产生大量的电磁辐射，对身体健康造成不良的影响，同时也会对飞机、通信等产生干扰影响；实用性问题。目前无线充电技术需要固定在某个位置才能实现无线充电，从实用性来说，并不方便。价格问题，因为无线充电技术目前才处于初步研发应用阶段，成本较高，其应用的产品价格也相对高昂。与此同时，无线充电技术在全球范围内未能形成一个通用的标准，不同运营商的终端供电参数不同，造成无线充电技术只能在局部地区、部分产品中应用。