无线充电生态将引发家庭电力革命 软磁、线圈受益最大

[导读] 最近,苹果几乎成了无线充电的代名词,而它带动的不仅仅是手机和穿戴式设备的无线充电,如今它已经搅动了汽车和工业机器人等行业。随着WPC厨电无线充电标准的推出,家电无线充电生态将逐步得到完善,未来它的重要使命将是引发家庭电力革命。那么软磁和线圈企业除了看到巨大的市场商机之外,还需要了解哪些技术方向呢?接下来,《磁性元件与电源》记者为您深入剖析。

最近,苹果几乎成了无线充电的代名词,而它带动的不仅仅是手机和穿戴式设备的无线充电,如今它已经搅动了汽车和工业机器人等行业。随着WPC厨电无线充电标准的推出,家电无线充电生态将逐步得到完善,未来它的重要使命将是引发家庭电力革命。那么软磁和线圈企业除了看到巨大的市场商机之外,还需要了解哪些技术方向呢?接下来,《磁性元件与电源》记者为您深入剖析。

苹果引领风潮

如今,说到手机无线充电就不得不提苹果,苹果的品牌号召力和引领潮流的能力让人不得不服。iPhone 8和iPhone X发布后,有记者戏称,iPhone 8没火,iPhone X没货, 无线充电火得一塌糊涂。而事实确实是这样。

WPC01

目前,无线充电正处于快速增长的时期。在苹果新品发布前,就有数据显示,2016年全球无线充电接受端出货量达到2.05亿部。

到2016年底截止,目前标配无线充电手机已经有106款以上,标配车载无线充电66款以上,穿戴设备10款 以上,无线充电即将进入一个普遍应用时代。

据IHS Markit预测,到2017年底,全球无线充电接收装置出货量可达到3.25亿台,较2016年增长近40%,预计近两年无线充电将迎来爆发,年复合增长率将超50%;2019年渗透率预计将达60%,到2019年无线充电市场规模将突破100亿美金,到2024年市场规模接近千亿人民币元。

另外,据研究机构Technavio预计,全球无线电动工具市场规模将由2016年的140亿美元扩大至2021年的194亿美元。

在苹果新品发布后,根据持续市场研究,全球无线充电市场目前价值26亿美元。到2024年,全球的行业可能会消耗超过50亿美元的无线充电设备。到2024年底,全球无线充电设备和服务销售额的收入将以34%的年均复合增长率增长,并带来收入超过270亿美元。

而且,汽车无线充电也受到拉动。在该预测期间,全球汽车内部无线充电设备的销售收入将以全年同比增长42.1%的速度提升。

WPC02

据外媒报道,苹果正准备收购一家来自新西兰的无线充电技术公司 PowerbyProxi,进一步强化自己在无线充电领域的技术积累。

WPC厨电标准即将发布

无线充电终端产品的应用范围很广,市场规模也很大,主要包括消费电子产品,如手机、智能穿戴、笔记本,也包括家电、新能源汽车以及工业机器人等。苹果带动的不仅仅是手机和穿戴式设备的无线充电,如今它已经搅动了汽车和工业机器人等行业。

随着无线充电生态的逐步完善,未来无线充电将打通手持设备、汽车和家用电器等应用领域,直接颠覆人们在出行和居家时的用电习惯。可以这样说,手机是无线充电的领路人,而家庭无线充电生态的构建则有着更为举足轻重的意义,因为家庭的使用频率更高。

WPC03

从空间来看,家庭无线充电生态主要包括客厅、卧室和厨房;从产品来看,主要包括:黑/白家电、厨电和小家电。如今无线充电在小家电领域的应用越来越常见,家庭无线充电生态的构建重点主要障碍是大功率家电产品,难度颇大。

不过,最近随着明年WPC的2400W厨电无线充电标准的推出,以及众多家电企业的推波助澜,无线充电在厨电,乃至整个家电的应用将指日可待。

WPC厨房工作小组代表Hans Kablau表示,WPC厨房工作小组的主要任务是开发、制定厨具家电专用的2400W无线充电规格与接口,整合多品牌的无线充电规格,加强2400W无线充电家电的互操作性,并提高使用安全。如同Qi无线充电规格一般,往后只要是具备Qi的品牌标志的高功率家电产品,便能支持这项技术。

在未来,无线充电器将整合在厨房流理台、餐桌上,只要将果汁机、食物调理机等家电摆放在正确的位置,就能开始使用。无线充电完全密封的特性将使这类家电能直接用水清洗,并且也将整合智能厨房概念,让用户能够远程控制烹饪时间、温度,提升厨房的便利性、安全性与整洁度。

WPC04

无线充电引发家庭电力革命

目前,无线充电服务的主要应用范畴是以智能手机为主,但是,随着对中、高功率的支持,将会看到越来越多的穿戴式设备、厨房家电用品、笔记本电脑与汽车等设备都能够提供无线充电服务。”对于无线充电技术的未来,WPC主席Menno Treffers认为市场将出现许多令人赞叹、耳目一新的产品服务。

在家电领域,小家电已经很容易就能看到无线充电技术的踪迹。比如电动牙刷、电动刮胡刀、食物搅拌器、电饭煲、果汁机、拖地机等,而海尔更是将无线充电技术应用在了冰箱和油烟机等大功率家电中。

科技界对家用电器全面改采直流供电一直有很高的兴趣,许多家电大厂都曾倡导过全直流家电。但由于交流电已经存在百年之久,要让这么庞大的生态系统翻转,必然是一场长期抗战。不过,在无线充电等新一代电力传输技术逐渐普及后,除了少数大型家电,如冷气、洗衣机、电冰箱还必须仰赖交流电之外,其他中小型家电要改用直流供电,阻碍会小很多。

WPC05

也就是说,未来家电和IT产品已不再需要从交流电降压整流至直流电的变压器,这可减少些交流转直流的功率损耗。

罗姆半导体公司LSI产品开发本部应用工程部部长山本勋认为,无线充电未来将朝中大功率方向前进,未来也会有更高功率的标准问世。因此,未来家中电器设备逐渐改用直流电并非异想天开,只是需要时间酝酿。

另外,无线充电芯片供应商上海楚山科技创始人兼CEO郝鹏博士也将目光投向了家电市场,并认为家电市场在无线充电是蓝海市场,准备切入家电市场。

而今年5月10日,全国家用电器标准化技术委员会无线电能传输家电分技术委员会(SAC TC46/SC16)秘书徐芳,与国际无线电力联盟WPC主席Menno Treffers在深圳正式签署联络协议。根据协议,双方将在各自的标准制定过程中交换意见,并在无线电能传输技术及标准推广活动中展开战略合作。未来,无线充电将开始加速打入家电领域。

海尔主导 业界共推

在无线家电领域,海尔是最早介入,也是最为积极推动的家电厂商。

其实,早在2012年,海尔集团就通过内部孵化公司海尔无线试水无线能源传输技术,研发出了“无尾厨电”产品,即没有电线连接的厨房家电如无线电饭煲、无线果汁机等。海尔也是WPC 、A4WP两大全球无线充电联盟组织的核心成员,是全球无线充电行业标准的主导成员。

据了解,海尔无线的月销售额从2014年10月的0元,到2016年10月突破千万元!2016年4月,海尔无线发布了业内首款无线充电扫地机器人,并成功赢得天猫聚划算热卖榜单第一名的成绩。

海尔无线总经理李标曾充满信心地表示:“未来3—5年,海尔无线将力争成为世界一流的无线电力传输创新引领企业,并实现月销售额亿元的突破。”

从生态链构建来看,2015年5月至2016年,海尔无线携手英特尔Intel首次将磁共振技术应用于公共服务热点,先后在北京、上海、广州的小尾羊、DQ(冰雪皇后)的100多个门店铺设了手机无线充电热点。

从产品来看,海尔无线的无线电力传输技术在抽油烟机、冰箱、智能马桶、台灯、音箱、手机等产品上也都有了成功运用。

除了海尔外,2014年,日本东芝就与荷兰的飞利浦展示了厨电无线充电的概念,电锅、电子锅、搅拌器和热水瓶等不再需要插线。

2015年,全球最大的家具家居用品商家宜家家居公布了无线充电家居产品的计划。同年,宜家新款无线充电家居产品正式上市,并在官方网站以及线下实体店同时开售。

除此之外,欧洲也有不少的创新公司选择将无线充电技术融入到智能家居的理念之中。

WPC06

另外,方舟科技投资控股了前Intel无线充电技术团队Xair,开始布局远距离无线充电,随后也推出了无线充电扫地机器人等家电产品。

不过,此前无线充电家电一直不温不火,大部分原因是因为技术上还存在瓶颈。东莞创慈磁性组件有限公司工程部经理孔浩在接受《磁性组件与电源》记者的采访中表示,这主要是因为家电功率大,无线充电器的转换率太低就会影响家电的使用。

经过多年的发展,如今无线充电技术得到了大幅提升。比如,作为国际无线充电联盟WPC的核心成员,海尔无线将无线电能传输技术成功应用在了大功率家用电器上,1000W家电产品无线充电传输距离为50mm,系统效率高达85~90%。这一项目的成功突破,标志着无线充电科技正式告别手机等小功率终端产品的专属福利时代。

无尾家电潜力诱人

无疑,手机是一个非常大的市场,而家电产量也不小,而且品种更为丰富。

根据韩国电子信息通信产业振兴会近日发布的《家电产业现状和展望报告书》,今年主要家电产品的全球生产量为75284万台,中国制造的产品多达42318万台,占总体的56.2%。

而仅仅中国的厨电市场就让人垂涎三尺。中怡康的数据显示,2016年厨房电器市场零售额达到874亿元,同比增长14%,增速提高了3.4个百分点。今年,整个厨电市场规模(零售+渠道+工程)有望逼近1000亿元。这还不包括与厨房烹饪密切相关的生活电器、冰箱等产品,以及相关的橱柜产品。

WPC07

而由中研普华的预测更为乐观,2017年,中国厨卫市场规模具备发展至近2000亿元的潜力,将达1924亿元,同比增长8.7%。

WPC计划在2018年推出的以磁感应为基础的2,400W标准,为无线充电技术进入厨电等大功率家电打开了一扇大门。

对WPC明年将出台2400W标准,中山市雅乐思商住电器有限公司工程师王耀萱说到:“无线充电技术是未来的一种发展趋势和发向,在技术成熟的条件下,2400W标准的出台是能推动家电市场对无线技术的采用的。”

佛山市家好美电器制造有限公司电控工程师廖武华则认为:“无线充电对大件家电的意义不大,但对需要时常移动的小家电来说,还是比较有意义的。如果有可行性方案,可以考虑往无线充电家电发展。”

从目前市场情况来看,无线家电品种还偏少,价格也偏高,生态圈尚未完善。但对于消费者来说,虽然无线家电的价格高,但操作起来方便多了,且相对安全,更多的消费者会趋向选购方便安全的产品。对于企业来说,无线家电的技也术并不是高不可攀,且因大部分无线家电属于高端产品,是技术创新的方向,利润也相对丰厚。因此,从长远角度看,颇具人性化设计、方便实用的无线家电具有广阔的市场,拥有“无限商机”。

WPC08

软磁、线圈水涨船高

根据IDC预计,2018年无线充电发射器和接收器的市场规模将分别达到5.5亿美元和16.6亿美元。

据 IHS 预测,2020 年无线充的发射端和接收端产品有望分别达到 99 亿、26.9 亿美元, 在 2014-2024 年间两端总规模将以39.3%的年复合率高速增长,市场成长空间巨大。

WPC09

深圳劲芯微电子有限公司总经理邵礼斌认为,苹果手机加入无线充电,市场规模将非常巨大,手机内置无线充电接收芯片每年将超过10亿片,相应的发射端市场将会更大。

线圈、磁性材料、芯片是组成无线充电系统的三大要素,线圈模组是由磁片与铜制线圈所组成,占无线充电模组近40%的成本。两者在无线充电模组中皆扮演举足轻重的角色,且品质良莠更直接影响无线充电的效率。

下图为无线充电模组价值链各部分比例:

WPC010

横店集团东磁股份股份有限公司是苹果的磁片供应商,东磁的软磁事业部高级工程师颜冲表示:“目前磁片的增长还是蛮快的,就我们公司而言,也是处于一个不断增长的状态。对无线充电磁片未来的发展,我也是非常看好的。”

作为软磁材料厂商,长兴柏城电子有限公司副总经理柏振华先生曾向《磁性组件与电源》记者谈到:“今年无线充电市场整体的需求量一直往上增长,我们公司现在无线充磁片每个月的实际销售量大概在120-150万片之间,现在的产能水平大概在400万片左右。我们磁片企业也在做好准备,等待市场的爆发。”

柏城电子工程部工程师陈学干表示:“就目前的情况看,无线充电正处于爆发式的增长,无线充电磁片的订单也因此在不断地增加。后期无线充电市场的情况还不好估计,但按当前的趋势来看,无线充电市场的前景将会非常可观。”

线圈方面,王耀萱在接受《磁性元件与电源》记者的采访中说到:“无线充电家电市场的扩大会拉动模组产品的需求,同样也会拉动对线圈和磁片的需求。”

深圳顺络电子股份有限公司常务副总裁李有云对《磁性组件与电源》记者表示:“就目前的市场情况看,未来几年无线充电应该会火爆起来。无线充电市场火爆,必定会带动线圈等无线充电上游产业的发展。无线充电的线圈分为两部分,一个是发射线圈,另一个就是接收线圈。而未来无线充电有望成为手机等电子产品的标配。如果无线充电成为手机的标配,线圈也将会进入一个高速的成长期。”

苏州市友星电子科技有限公司销售部徐海星也表示,目前无线充电线圈的市场情况一年比一年好。

多线圈是趋势

无线充电系统的设计关键要考虑效率、自由度、可靠性三大因素,是提高客户体验的关键,而这都与线圈息息相关。通常是通过增加发射端线圈数量,并且合理布局成一个线圈阵列,利用线圈选择与控制算法,将增加发射端的可以产生耦合的区域面积,进而实现接收端位置自由性,并提高充电效率。

邵礼斌表示,解决无线充电位置自由摆放的方法有两种: 第一,采用多线圈方案,如3线圈、5线圈解决方案;第二,采用磁共振方案。

据深圳市易冲无线科技有限公司商业拓展总监贺大玮透露,现在市场主流的无线充电产品还是以单线圈为主,市面上可以看到的三星的产品做到了双线圈,但随着无线充电市场的爆发,未来无线充电的发射端产品以多线圈为主。

充电线圈主要有WPC密绕线圈、FPC线圈和MEPQF扁平线圈三种,目前三种技术都在发展,成本低、厚度薄是主要趋势。

在谈及无线充电线圈未来的发展方向时,李有云表示:“发射线圈技术的差异不是很大,但接收线圈会受到产品空间的限制,而需要控制发热等问题,所以接收线圈的技术要求相对较高。现在手机常用的就是FPC线圈,但在未来,无线充电也将会进入到快充时代,这也会对线圈的效率提出更高的要求,减少直流电阻和交流损耗也是线圈将面临的问题和挑战。从目前来看,FPC、扁平线或者密绕线圈在RTC上还是处于劣势。但未来无线充电实现快充的话,扁平线和多股线并绕的线圈将会成为主流。”

佰力电子(东莞)有限公司生产部主管田昌学也比较看好扁平线圈,他认为扁平线圈未来的发展空间比较大。

WPC011

RF威胁线圈行业

目前,磁共振和磁感应是主流的无线充电方式,然而未来以射频(RF)为代表的磁共振技术则有可能超越后者。

相关机构预测,在2016年超过8亿美元的无线充电市场中,磁共振充电技术继续处于主导地位,到2024年的营收市场份额接近40%。未来,全球对磁感应充电技术的需求将会出现大幅下滑,而RF充电技术的复合年增长率在预计期间将会突破近40%。

Dialog公司发展和战略高级副总裁Mark Tyndall表示:“基于RF的无线充电技术实现了真正的远距离空间自由度。它采用低PCB天线替代昂贵的线圈,可以实现更小更薄的外形,方案可集成到更小的产品中。最重要的是,它可以从近距离接触变成远距离、并且是对用户安全的方式向多个设计进行充电。”据Mark Tyndall介绍,中场充电最远可达到0.9米,远场RF充电最远可达4.5米。

不过,WPC主席Menno Treffers表示,市场需求是希望尽可能提高可传输的功率,磁共振所能做到的长距离充电反而不是市场主要需求。因此,RF无线充电技术虽然已在农场、温室等场域的传感器充电有很成熟的应用,但却无法应付手机、平板计算机、笔电等消费性电子产品的电力需求。因此以2017年发展状况来看,业界对于磁共振的兴趣明显降低了,现在业界的主流还是以磁感应为主。

WPC012

散热、柔性成为无线充磁片攻关重点

在面对无线充电浪潮的来袭的情况的同时,磁片也面临着挑战。

磁片占线圈模组成本近70%,因此如何降低此一关键零组件成本已成为产业界关注焦点。高创行销部副理王世伟认为,虽然磁片采用常见的磁性组件,但磁原料取得不易是导致成本较高的主要原因。

磁片所采用的磁性材料主要有铁氧体、非晶、纳米晶等。其厚度非常重要,磁损耗是重要指标。根据终端不同需求和成本要求,三种都有市场。

无线充电虽然在使用是很方便,但无线充电器相比传统线充,其发热量是比较明显的。使用无线充电时,若是用手去摸充电器,某些位置是温热甚至发烫的。因此,散热能力成了无线充电的亟待解决的问题,而磁片则是解决问题的关键。

在谈及如何解决磁片散热问题时,陈学干表示:“在解决磁片的散热问题方面,最主要的还是原材料的改进。”

在磁片领域,为了应对可穿戴设备的尺寸和可折叠要求,柔性磁片也已经成为技术开发的重点。其中个别知名的国际磁件企业已经在柔性磁片上有了较大的技术突破。目前有美国Vishay开发的铁粉心薄片、日本TDK开发的铁氧体碎磁片以及3M公司开发的纳米晶柔性磁片,各类磁片均在一定程度上满足了客户设计要求。

而在柔性磁片的开发上,颜冲说到:“柔性磁片开发的技术难点还是在磁性材料开发。我们公司也有相关的业务,因为柔性磁片的技术水平主要体现在薄上,而目前我们公司在柔性磁片的技术水平上也已经达到国际平均水平。”

就目前的情况而言,无线充电磁片的技术水平基本能满足市场的需求,但随着消费者日益增长的需求,生产商必然也会提高对磁片的要求,磁片企业仍要不断提升自身的技术水平。

WPC013

未经允许不得转载:数智网 » 无线充电生态将引发家庭电力革命 软磁、线圈受益最大

分享到: 更多