工業(yè)4.0被稱為第四次工業(yè)革命，其重點(diǎn)在于互聯(lián)互通、自動(dòng)化、機(jī)器學(xué)習(xí)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。隨著制造業(yè)整體向工業(yè) 4.0邁進(jìn)，為了保持競(jìng)爭(zhēng)力并降低制造成本，制造商正致力于為工廠投入更多設(shè)備并削減員工數(shù)量。

　　他們的其中一項(xiàng)舉措是在其工廠和倉(cāng)庫(kù)中大力投資先進(jìn)的移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)，來承擔(dān)大部分的材料建造、組裝和運(yùn)輸工作。然而，這些移動(dòng)機(jī)器人必須定期充電，這對(duì)工業(yè)工廠來說是一個(gè)日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。如今，無線充電空間做出了一些改進(jìn)，讓這些機(jī)器人變得更加靈活。

　　應(yīng)用于工廠車間的無線充電技術(shù)

　　最新的無線充電解決方案采用電磁感應(yīng)原理技術(shù)，當(dāng)交流電通過發(fā)送器側(cè)的感應(yīng)線圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生振蕩磁場(chǎng)，振蕩磁場(chǎng)與接收器側(cè)的感應(yīng)線圈耦合時(shí)，接收器側(cè)線圈則會(huì)產(chǎn)生交流電。完整的無線充電系統(tǒng)需要多個(gè)組件，例如發(fā)送器線圈、調(diào)諧電容、線圈驅(qū)動(dòng)器和接收器線圈，以及二極管整流器、直流-直流轉(zhuǎn)換器、發(fā)送器和接收器控制電路及算法、電池充電電路等。無線充電系統(tǒng)借助電磁感應(yīng)，能夠?qū)㈦娔軓陌惭b在工廠車間的充電源墊傳輸?shù)桨惭b在移動(dòng)機(jī)器人上的接收墊。

　　經(jīng)過驗(yàn)證，在現(xiàn)代化工廠中采用更高效率和成本優(yōu)化組件的現(xiàn)代無線充電系統(tǒng)，將會(huì)更具優(yōu)勢(shì)。首先，它可通過多種方式提高生產(chǎn)力并降低制造成本，例如可通過機(jī)會(huì)充電（即利用空閑時(shí)間充電）實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作，并減少投資。充電過程自動(dòng)化還能減少人為干預(yù)，降低維護(hù)成本，因?yàn)闊o需使用連接器和電纜等，實(shí)現(xiàn)完全非接觸式充電過程。

　　其次，這類充電系統(tǒng)還提高了安全性。它們消除了因連接器導(dǎo)致的火花及內(nèi)部污染或水份引起的短路風(fēng)險(xiǎn)。充電器和機(jī)器人之間可輕松實(shí)現(xiàn)安全驗(yàn)證，從而避免未經(jīng)授權(quán)的訪問，同時(shí)充電期間的數(shù)據(jù)傳輸可用于預(yù)測(cè)性維護(hù)以防止停機(jī)。

　　克服挑戰(zhàn)實(shí)現(xiàn)部署

　　與傳統(tǒng)有線充電相比，無線充電的部署需要相對(duì)較高的投資來建造基礎(chǔ)設(shè)施，同期也存在低效和EMI問題。如果發(fā)送器和接收器線圈之間有異物，還會(huì)存在與過熱相關(guān)的安全問題。

　　在無線電源發(fā)送器中，大功率無線電源系統(tǒng)中開關(guān)電流的關(guān)鍵回路包括功率開關(guān)、諧振電容和線圈。此回路涉及高電壓、高電流和高開關(guān)頻率。這種高功率無線電力傳輸系統(tǒng)中的PCB布局、組件布局和布線會(huì)影響效率、EMI性能和散熱，進(jìn)而影響系統(tǒng)性能和可靠性。此外，由于線圈存在制造可變性，線圈之間的變化可能導(dǎo)致產(chǎn)品之間存在差異，從而導(dǎo)致行為不一致和現(xiàn)場(chǎng)性能不可靠。

　　用固定功能器件優(yōu)化無線充電解決方案，能應(yīng)對(duì)在高功率水平下實(shí)現(xiàn)安全、可靠、高效的無線電源這一挑戰(zhàn)。理想情況下，無線充電解決方案中應(yīng)采用帶內(nèi)通信，這有助于消除帶外通信方案所增加的系統(tǒng)成本。尋找約100kHz范圍內(nèi)的電力傳輸頻率，應(yīng)使用驅(qū)動(dòng)發(fā)送器中全橋逆變器的PWM的可變頻率和可變占空比控制來執(zhí)行功率控制。在高功率水平下，F(xiàn)OD變得至關(guān)重要。采用這種方法時(shí)，電力傳輸會(huì)短暫停止幾微秒，并使用解決方案的高性能外設(shè)和內(nèi)核測(cè)量線圈電壓。當(dāng)輸出FET關(guān)閉時(shí)，可通過計(jì)算線圈電壓的斜率來檢測(cè)是否存在異物。

　　選擇解決方案的所有組件時(shí)，必須使成本符合總系統(tǒng)預(yù)算，解決方案的效率取決于功率控制方案和最佳線圈設(shè)計(jì)。除了降低開關(guān)頻率外，還可在發(fā)送器中使用適當(dāng)?shù)目刂品椒ê蛢?yōu)化使用去耦電容來降低開關(guān)噪聲，進(jìn)而減輕EMI問題。

　　線圈參數(shù)可在生產(chǎn)線上組裝時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)。這種解決方案的優(yōu)勢(shì)在于，可在產(chǎn)品測(cè)試期間將線圈校準(zhǔn)數(shù)據(jù)寫入系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)產(chǎn)品的一致操作和可靠性能。最后，為在發(fā)送器和接收器之間創(chuàng)建1:1配對(duì)，可在帶內(nèi)包含安全通信，以確保只有經(jīng)過發(fā)送器驗(yàn)證的接收器才能獲得供電。系統(tǒng)開發(fā)人員應(yīng)與可提供使用其無線充電解決方案的詳細(xì)指南的供應(yīng)商合作，具體包括組件選擇、線圈設(shè)計(jì)和電路板布局的指南。供應(yīng)商還應(yīng)提供分步指導(dǎo)，以確保最終產(chǎn)品能夠無縫執(zhí)行。借助這種方法，開發(fā)人員可節(jié)省時(shí)間、降低風(fēng)險(xiǎn)并簡(jiǎn)化其無線充電器設(shè)計(jì)，從而在充分履行電磁感應(yīng)技術(shù)承諾的同時(shí)，提高生產(chǎn)力、降低制造成本并提高安全性。

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