無線供電新方式：直流共振供電詳解

　　日本村田制作所的細(xì)谷開發(fā)出了采用開關(guān)技術(shù)的共振方式無線供電系統(tǒng)。該方式的特點是系統(tǒng)整體的電力效率高，這為無線供電系統(tǒng)提高線圈等共振元件之間的傳輸效率帶來了巨大的影響。下面請系統(tǒng)的開發(fā)者來介紹一下直流共振方式的原理。

　　我們開發(fā)出了被稱為“直流共振方式”的無線供電技術(shù)（WPT：Wireless Power Transfer）（圖1）。與以往采用磁共振方式的WPT系統(tǒng)相比，其特點是系統(tǒng)構(gòu)造更加簡單，包括電源在內(nèi)的系統(tǒng)整體電力效率高。而且，即使傳輸距離發(fā)生變化，或者電力傳輸對象變?yōu)槎鄠€等負(fù)載發(fā)生較大變化時，電力傳輸效率也不會大幅降低，這也是特點之一。

　　圖1：直流電源和供電線圈形成“共振場”

　　此次開發(fā)的“直流共振方式”的無線供電系統(tǒng)演示。從直流電源——太陽能電池，利用具備開關(guān)電路的供電模塊將直流電壓轉(zhuǎn)換成矩形波，通過供電線圈生成了電磁場的近場“共振場”。

　　與原WPT的各種方式相比，直流共振方式有望實現(xiàn)以下特性（圖2）。首先，與磁共振方式相比，可提高系統(tǒng)的整體電力效率，而且系統(tǒng)構(gòu)造變得非常簡單；其次，與電磁感應(yīng)方式相比，供受電器件的位置自由度高，供受電器件的重量也變得更輕。與電場耦合方式相比，延長傳輸距離時較占優(yōu)勢。與無線電波方式相比，傳輸電力更大 1～4）。

　　圖2：直流共振方式結(jié)構(gòu)簡單，可實現(xiàn)高電力效率

　　本圖為WPT系統(tǒng)所需的要求事項（a），以及WPT實現(xiàn)方式的幾項課題和直流共振方式的優(yōu)點（b）。

　　共振器的驅(qū)動方法不同

　　下面來詳細(xì)介紹一下直流共振方式與原來的磁共振方式的主要不同之處，共有以下幾點。

　?。?）直流共振方式由直流電源和LC共振器直接形成電磁場的近場——“共振場”。（2）作為（1）的結(jié)果，系統(tǒng)構(gòu)造變得簡單，可實現(xiàn)小型輕量化。（3）作為（1）的結(jié)果，將電源電力轉(zhuǎn)換為共振場的轉(zhuǎn)換效率較高。

　?。?）采用直流電源是因為我們能利用的電能大部分都是直流電源，因此可用性較高。即使是家中的插座供給的50Hz和60Hz等AC100V商用交流電源，也大多是通過AC適配器或者家電產(chǎn)品內(nèi)的AC-DC轉(zhuǎn)換器進行整流濾波后變?yōu)橹绷麟娫词褂玫?。干電池和充電電池就不用說了，也都是直流電源。

　　而且，如（2）所述，利用直流電流可以大幅簡化系統(tǒng)的電路構(gòu)成。目前常用的磁共振方式WPT系統(tǒng)的供電裝置由商用交流電源、用于絕緣的電源裝置、輸出高頻電流的振蕩放大裝置、整合裝置以及供電裝置構(gòu)成（圖3）。受電裝置由受電器件、整流平滑電路以及用于與負(fù)載整合的DC-DC轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成。如果負(fù)載為充電電池等，還需要充放電電路等。

　　圖3：損失比較大的現(xiàn)有WPT系統(tǒng)

　　本圖為典型的