随着机器人技术、人工智能和传感器的普及,与100年前引入的装配线相比,今天日益智能化的工业环境几乎难以辨认。

这的确是真的——但有一个重要的例外。在一些最先进的工厂和仓库裏,依赖电力的硬件设备仍然插在一个固定的电源插座上操作或充电。

因此,虽然数据传输已经成功地从有线传输发展到无线传输,但这只是电力传输的开始。

数据和电力都是驱动第四次工业革命持续增长和全球影响的引擎。

无线电源的概念并不新鲜。19世纪90年代,尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)尝试了无线配电。

那么,无线电源成为行业主流的障碍是什麽呢?功率级、效率、成本和性能是以往难以克服的问题。

如今,这种情况已不复存在,因为使用GaN功率半导体的无线系统正在解决以前无法解决的问题,并促成新一代的工业创新。

在使用GaN功率半导体的高频系统中,电力发送器和接收器之间的功率和距离可以达到1000 W和1000毫米。

过去基于硅的无线解决方案只能在5毫米的距离内传输20 W的电能。

现在,无线电源可以同有线电源相同的效率和高功率水平传输,此外还具有工业环境需要远距离无束缚传输的主要优势。GaN可实现具有显著空间自由度的快速高功率无线充电。

那么,无线电源对于第四次工业革命意味着什么呢?工业环境可以变得更加灵活、智能、自主、高效和安全。

将受益于无线电源的技术包括机器人、物联网传感器、5G网络和人工智能。

移动机器人

工业机器人需要几百瓦甚至更大功率的快速充电。在有线环境中,需要人工操作员与对接机制进行精确的物理连接。

这限制了机器人的自主性和效率。在高速大功率无线环境中,一个自主移动机器人可以简单地将自己置于充电板上。

通过紧凑的设计,无线充电站可以战略性地、灵活地放置在整个设施中,以获得最大的机器人正常运行时间和新的自主水平。

物联网传感器

传感器的电线成本远远超过传感器本身的成本。有线或电池供电的传感器通常没有备用电源,因此哪怕只有一个按键传感器断电,也可能会关闭装配线甚至整个工厂。

通过无线方式供电的传感器将以最有效的方式进行无线通信。

可以将无线充电作为主要系统或冗余系统引入,在每个传感器的范围内放置多个无线功率发射器,以在发生故障时充当备用电源。

数据和电源都必须在工业4.0网络中流动,不像有线网络那样有人工维护和干预的需求。

5G网络

与4G(1,000 Mbit / s)网络相比,5G(10,000 Mbit / s)具有更低的延迟,更高的可靠性和10倍的数据传输容量,使得在生产,维护和物流网络以及连接的硬件中,更高的智能性和自主性成为可能。

随着数据负载的增加以及传感器和基站的激增,功率需求和维护也可能增加。

尽管在5G网络中每数位的能源成本是4G的1/10,但预计其能耗至少是当前网络的两倍。

除非引入新的效率,否则能源消耗巨大的基站和大量的数据传输将影响能源成本。

智能工厂的5G革命需要伴随着从有线到无线电源的演进。

人工智能

随着智能IoT传感器的增加以及5G数据量的增加和数据延迟的减少,人工智能在工业环境中的集成将增加。

这不仅会发生在有关硬件性能和维护的长期分析中,而且还会以不到一毫秒的延迟向精密机器人设备和移动机器人发起“实时”号令。

如果在工厂或仓库内的适当位置没有可靠的无线高速电源,则将限制AI在工业中的使用。

数据的无线传输和分析可能实现,但是除非具有无线电源,其实际操作价值有限。

工业设计的灵活性

工业4.0的智能工厂和仓库的增长归因于从大批量,统一制造向小批量定制产品生产的转变-伴随着更快的周转时间。随着制造需求的变化,这可能需要快速重新配置设施。

如果将地板设计与特定的电力结构捆绑在一起,那么实现这种快速变化将变得很困难。

无线充电站使工业设施的重新设计更加灵活,所产生的环境更加整洁,这也是使用自动移动机器人的一个优势。

在流水线之间或仓库中运输补给品的机器人需要绕过的障碍物会更少。

在充满挑战的环境中安全运行

基于接触的(有线)充电的问题是,暴露于灰尘,湿气和其他碎屑会对性能产生负面影响,并且需要昂贵的维护。

因为无需担心电源连接器,无线充电系统可以密封,用来抵抗肮脏和腐蚀性的环境因素。

这使得在采矿,建筑或水下作业等无法使用电线或不能安全使用电线的高风险和挑战性环境中,可以实现更智能的工业作业。

工业4.0的持续发展不应再受电缆和软线束缚,也不应该因连接器和触点故障而受到阻碍。只有在电源和数据都是无线的情况下,才能充分发挥其潜力。现在是时候了。