物联网设备无线充电技术与线圈设计¶
难度：🟡 中级 | 领域：无线供电 | 关键词：Qi, 感应耦合, 线圈, WPT | 阅读时间：约 16 分钟
日常类比¶
变压器初级次级不接触也能传能——无线充电把气隙做大并加谐振与协议。物联网（IoT）耳机仓、传感器底座常用感应式（Qi 类）方案[1][2]。
摘要¶
对比感应式与谐振式、线圈与磁屏蔽、异物检测（FOD）与热/EMC。效率随对齐与距离急剧变化，标称瓦数需按产品气隙实测[2]。
1. 技术路线¶
| 类型 | 距离倾向 | 特点 |
|---|---|---|
| 感应式（紧耦合） | mm 级 | 消费主流，Qi 生态 |
| 谐振式 | 可稍远 | 对位更松，EMI/效率权衡 |
| 射频远场 | 更远 | 功率通常很小 |
2. 设计要点¶
| 项 | 注意 |
|---|---|
| 线圈 | 电感、Q、线规、层数 |
| 磁屏蔽铁氧体 | 提高耦合、保护电池/电路 |
| 对齐 | 磁吸/机械定位 |
| 协议 | 握手、功率协商、FOD |
| 热 | 金属异物与偏置发热 |
| 电池 | 后级仍按锂电曲线充电 |
| IoT 场景 | 建议 |
|---|---|
| 桌面底座 | Qi 接收模组+铁氧体 |
| 密封传感器 | 评估气隙与外壳损耗 |
| 户外 | 防水与暴晒热设计 |
3. 局限、挑战与可改进方向¶
1. 金属外壳涡流¶
局限：效率崩、发热。 改进：开窗、非金属盖、重布线圈[3]。
2. FOD 与安全¶
局限：硬币加热风险。 改进：合规 Qi 方案；温度监控[1]。
3. EMC 认证¶
局限：辐射超标。 改进：屏蔽、摆率、布局；预测试[4]。
4. 偏置敏感¶
局限：用户随手放导致慢充。 改进：磁吸对位；多线圈发射[2]。
总结¶
无线充电是磁设计+协议+热管理。IoT 产品优先成熟接收模组，把铁氧体、对位与外壳材料一次做对。
参考文献¶
[1] WPC Qi 规范概述. [2] 无线充电线圈与铁氧体应用笔记（厂商）. [3] 金属环境对 WPT 影响研究. [4] WPT 设备 EMC 测试实践. [5] 感应耦合基本变压器模型教材. [6] 异物检测算法概述. [7] 锂电充电与无线接收协同电源路径. [8] 谐振无线充电综述. [9] 热设计与温度保护. [10] 消费电子磁吸对位结构案例. [11] 射频能量采集与近场 WPT 边界说明. [12] IoT 密封设备无线充电开窗设计.