無(wú)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(kāi)發(fā)出了采用開(kāi)關(guān)技術(shù)的共振方式無(wú)線供電系統(tǒng)。該方式的特點(diǎn)是系統(tǒng)整體的電力效率高，這為無(wú)線供電系統(tǒng)提高線圈等共振元件之間的傳輸效率帶來(lái)了巨大的影響。下面請(qǐng)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)者來(lái)介紹一下直流共振方式的原理。

　　我們開(kāi)發(fā)出了被稱為“直流共振方式”的無(wú)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(diǎn)是系統(tǒng)構(gòu)造更加簡(jiǎn)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(duì)象變?yōu)槎鄠€(gè)等負(fù)載發(fā)生較大變化時(shí)，電力傳輸效率也不會(huì)大幅降低，這也是特點(diǎn)之一。

　　圖1：直流電源和供電線圈形成“共振場(chǎng)”

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

　　與原WPT的各種方式相比，直流共振方式有望實(shí)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(jiǎn)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(chǎng)耦合方式相比，延長(zhǎng)傳輸距離時(shí)較占優(yōu)勢(shì)。與無(wú)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(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)高電力效率

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

　　共振器的驅(qū)動(dòng)方法不同

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

　?。?）直流共振方式由直流電源和LC共振器直接形成電磁場(chǎng)的近場(chǎng)——“共振場(chǎng)”。（2）作為（1）的結(jié)果，系統(tǒng)構(gòu)造變得簡(jiǎn)單，可實(shí)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(chǎng)的轉(zhuǎn)換效率較高。

　　（1）采用直流電源是因?yàn)槲覀兡芾玫碾娔艽蟛糠侄际侵绷麟娫?，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(guò)AC適配器或者家電產(chǎn)品內(nèi)的AC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行整流濾波后變?yōu)橹绷麟娫词褂玫摹８呻姵睾统潆婋姵鼐筒挥谜f(shuō)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(jiǎn)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