電場耦合式無線供電系統(tǒng)：實現(xiàn)輕松無線充電

實用標(biāo)準(zhǔn)文案電場耦合式無線供電系統(tǒng)： 實現(xiàn)輕松無線充電村田制作所開發(fā)出了基于“ 電場耦合方式”的無線供電系統(tǒng)。電場耦合方式的 無線供電技術(shù)與“電磁感應(yīng)方式”及“磁場共振方式”不同，通過對置送電側(cè)電極與受電側(cè)電極，利用兩電極間產(chǎn)生的感應(yīng)電場來供電， 具有抗水平錯位能力較強(qiáng)的特點。 村田制作所已試制完成了為平板終端、 電子書終端等便攜終端進(jìn)行無線供電的供電臺。 在本文中，村田制作所的新業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人和商品策劃人員將對該公司的戰(zhàn)略和技術(shù)詳情進(jìn)行介紹。在眾多企業(yè)對無線傳輸電力的無線供電技術(shù)展開研發(fā)的背景下，村田制作所將著眼點放在了被稱為“電場耦合方式”的技術(shù)上。以前村田制作所也開發(fā)過“電磁感應(yīng)方式”的無線供電技術(shù)，但 2008年前后決定改為推進(jìn)電場耦合方式。電場耦合方式的構(gòu)造簡單，只要是在供電臺規(guī)定的充電區(qū)域內(nèi)，無論將產(chǎn)品放在什么位置都可供電，可實現(xiàn)“位置自由（ FreePositioning ）”的供電。另外，由于可將電極減薄，因此具有容易嵌入產(chǎn)品等其他方式所沒有的特點。村田制作所用了大約 3年的時間提高了技術(shù)的完成度，并構(gòu)筑了以基本專利為中心的專利網(wǎng)。目前已試制完成為平板終端及電子書等便攜終端進(jìn)行無線供電的供電臺。村田制作所計劃 2011年秋季面向平板終端的無線供電裝置量產(chǎn)輸出功率為 10W的送電模塊及受電模塊。與此同時，為了擴(kuò)大電場耦合方式的應(yīng)用，還開始進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化工作。本文將以技術(shù)方面的內(nèi)容及特點為核心，詳細(xì)介紹電場耦合方式。精彩文檔實用標(biāo)準(zhǔn)文案在業(yè)內(nèi)為少數(shù)派無線供電方式因利用的原理不同而有數(shù)種方式（圖 1）。在無線供電技術(shù)中研發(fā)歷史較長的是電磁感應(yīng)方式。 在電動牙刷及無線電話等領(lǐng)域已有采用的業(yè)績。 電磁感應(yīng)方式方面，目前已成立了開展標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)的業(yè)界團(tuán)體“ WirelessPowerConsortium （WPC）”，制定完成了面向 5W以下設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。圖1：眾多企業(yè)關(guān)注無線供電（點擊放大）圖中按電力傳輸方式匯總了無線供電的開發(fā)動向。在大量企業(yè)致力于電磁感應(yīng)方式和磁場共振方式的情況下，村田制作所則著眼于電場耦合方式?！按艌龉舱穹绞健笔莿倓偲鸩降募夹g(shù)。 其魅力在于可將電力傳輸?shù)骄嚯x數(shù) m遠(yuǎn)的地方，因此眾多企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)正在進(jìn)行相關(guān)研發(fā)。村田制作所致力開發(fā)的 電場耦合方式在無線供電業(yè)界為少數(shù)派。除村田制作所外，日本只有竹中工務(wù)店在研發(fā)。2011 年秋季量產(chǎn)精彩文檔實用標(biāo)準(zhǔn)文案村田制作所以開辟電場耦合式供電裝置業(yè)務(wù)為目標(biāo)全面展開開發(fā)的時間是在 2010年4月。研究本身早在 2008年前后就已開始，此后一直在確立相關(guān)技術(shù)。 2010年6月村田制作所正式宣布試制完成了輸出功率為 3W的送電模塊及受電模塊。 同年10月在“CEATECJAPAN2010 ”上參展，并在村田制作所的自行車機(jī)器人“村田頑童 TypeECO”上配備了該技術(shù)。與此同時還上市了輸出功率為 2W的評測套件。之后，村田制作所決定對送電模塊及受電模塊實施量產(chǎn)（圖 2）。模塊面向平板終端充電用途，輸出功率為 10W。另外，還預(yù)定 2011年推出配備該送電模塊及受電模塊的供電裝置（圖 3）。圖2：將于2011年秋季量產(chǎn) 10W產(chǎn)品村田制作所將面向平板終端使用的充電座， 量產(chǎn)輸出功率為 10W的送電模塊及受電模塊。模塊中最厚的部分是 變壓器。精彩文檔實用標(biāo)準(zhǔn)文案圖3：供平板終端使用的產(chǎn)品不久即將亮相村田制作所預(yù)定 2011年內(nèi)上市供平板終端使用的無線供電臺。系統(tǒng)整體效率約為70％，可應(yīng)對最大 40mm 的水平錯位。照片中的是 2010年村田制作所發(fā)表新聞資料時的試制品。該裝置通過在平板終端的背面裝上內(nèi)置有電極的外套來實現(xiàn)無線供電。受電模塊收放在外套的下部。另外，在供電臺上嵌入電極和送電模塊， 可將外套放在供電臺上使用平板終端。電力傳輸效率可確保達(dá)到 70％。通過電場傳輸電力下面介紹一下村田制作所開發(fā)的電場耦合式無線供電技術(shù)的概要。其基本構(gòu)成如圖4所示。下面稱為“ 振蕩器”的部分為送電側(cè)，稱為“負(fù)荷”的部分為受電側(cè)。利用通過使兩組非對稱偶極子沿垂直方向耦合而產(chǎn)生的感應(yīng)電場來傳輸電力。精彩文檔實用標(biāo)準(zhǔn)文案圖4：電力傳輸需要使用兩組電極村田制作所的電場耦合方式利用通過沿垂直方向耦合兩組非對稱偶極子而產(chǎn)生的感應(yīng)電場來傳輸電力。其基本原理為：在圖 4中以淡藍(lán)色標(biāo)示的部分產(chǎn)生強(qiáng)感應(yīng)電場，通過電場將電力從送電側(cè)轉(zhuǎn)移到受電側(cè)。村田制作所已獲得了這種構(gòu)造的專利 （專利號：PCT/FR2006/000614 ）。村田制作所的方法的特點在于非對稱偶極子，需要兩組電極。村田制作所將其稱為activeelectrode 和passiveelectrode 。passiveelectrode 主要起著接地作用。系統(tǒng)通過組合這些電極來傳輸電力。在系統(tǒng)的構(gòu)成部件方面，與電磁感應(yīng)方式和磁場共振方式等其他無線供電技術(shù)相比，電源部分相同。受電模塊配備降壓電路及整流電路，向充 電池及設(shè)備供應(yīng)電力。電場耦合方式與其他方式相差較大的地方是各部分的電壓推移變化（圖 5）。比如輸入電壓為5V的AC適配器，在向送電模塊供應(yīng)電力時，首先由放大器略微提高電壓，然后通過升壓電路一舉提高至 1.5kV左右。以這一電壓傳輸電力后，再利用降壓電路及整流電路轉(zhuǎn)換成實際使用的直流電壓。電源電路的 開關(guān)頻率為200k～400kHz，由此構(gòu)成系統(tǒng)。精彩文檔實用標(biāo)準(zhǔn)文案圖5：以高電壓傳輸電力圖中列出了電場耦合方式的各部分的電壓推移變化。最大特點是通過升壓電路將電壓提高至1.5kV來傳輸電力。實現(xiàn)位置自由電場耦合方式的特點大致有三：①充電時可實現(xiàn)位置自由，②電極薄，③電極部的溫度不會上升。首先來看第一個特點，即位置自由。雖然不能像磁場共振方式那樣以數(shù) m的較長距離來傳輸電力，但水平方向的位置自由度較高。 比如，用戶將便攜終端隨意放置在供電臺位上即可充電。這有助于提高用戶便利性。實際上，與電磁感應(yīng)方式比較一下的話，這一不同就會清楚無疑（圖 6）。