無(wú)線供電解決方案

磁耦合方案

電磁感應(yīng)是一項(xiàng)基本原理，交流電源中一個(gè)重要部件變壓器就是利用它工作的，變壓器由一個(gè)磁芯和二個(gè)線圈，即初級(jí)線圈與次級(jí)線圈組成。當(dāng)初級(jí)線圈兩端加上一個(gè)交變電壓時(shí)，磁芯中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，從而在次級(jí)線圈上感應(yīng)一個(gè)相同頻率的交流電壓，電能就從輸入電路傳輸至輸出電路。對(duì)圖2所示的變壓器基本電路，兩個(gè)端口的電壓降可表示為：

V1=jwL1I1-jwMI2
Y2=jwMI1-jwL2I2=ZLI2
式中L1、L2和M分別為初級(jí)電感、次級(jí)電感與互感，ZL是負(fù)載電阻。初、次級(jí)間耦合度可用耦合系數(shù)K來(lái)定義：
K=M/
耦合系數(shù)反映了變壓器的優(yōu)值，對(duì)于一個(gè)近似于理想的變壓器，可簡(jiǎn)單表示為：
V1/V2≈L1/L2≈N1/N2
式中N1與N2分別是兩個(gè)電感的匝數(shù)，就是所說(shuō)的電壓比等于匝數(shù)比。

對(duì)于無(wú)線供電或充電的裝置而言，其初級(jí)線圈與次級(jí)線圈處于兩個(gè)分離的各自部件中，因而線圈間的耦合是比較松散的。最早使用電磁感應(yīng)原理的是電動(dòng)牙刷。電動(dòng)牙刷經(jīng)常接觸水，不采用直接充電方案，在充電座和牙刷中各有一個(gè)線圈，當(dāng)牙刷放在充電座上時(shí)就有磁耦合作用，類似一個(gè)變壓器，感應(yīng)電壓整流后就可對(duì)鎳鎘電池充電，整個(gè)電路消耗功率約3W。整套裝置的示意圖如圖3。
 
圖3 電動(dòng)牙刷
 圖4 塑料薄膜電源

日本東京大學(xué)的教授們?cè)O(shè)計(jì)了一種塑料薄膜電源(圖4)，很有創(chuàng)意，用途也十分廣泛。例如，可將它鋪在地板上或桌子上，或嵌入在墻壁上，為圣誕樹(shù)上發(fā)光二極管、裝飾燈供電，為魚(yú)缸水中燈泡或小型電機(jī)供電。薄膜電源由四層塑料薄膜組成，最低一層是電導(dǎo)可控的有機(jī)晶體管，上面是感測(cè)兼容電子設(shè)備接近的銅線圈，再上面是接通或關(guān)閉電源的MEMS開(kāi)關(guān)，最上面一層是傳送電能的銅線圈。制作工藝采用了絲網(wǎng)印刷和類似于噴墨打印的新工藝。它的工作過(guò)程是這樣的；當(dāng)物體處于薄膜2.5cm范圍內(nèi)時(shí)，最靠近的MEMS開(kāi)關(guān)接通電源，電感線圈就利用感應(yīng)原理向設(shè)備供電。據(jù)稱，該項(xiàng)技術(shù)的效率是很高的，電源傳輸效率可達(dá)81.4%。目標(biāo)的價(jià)位每平方米約100美元。