無線供電新方式：直流共振供電詳解

　　*磁耦合系數(shù)k＝在通過供電器件形成的磁力線中，與受電器件交鏈的磁力線比例。

　　統(tǒng)一分析共振耦合電路

　　設計新WPT系統(tǒng)需要新的設計理論。構(gòu)建新概念時，需要能對其進行合理的說明和設計的新技術。具備了新技術才能創(chuàng)新。

　　為了設計和分析WPT系統(tǒng)，這里將介紹三種無線共振耦合的統(tǒng)一解析法（圖10）。利用這些技術，WPT系統(tǒng)不僅是數(shù)學理論，還能進行具體設計。

　　圖10：統(tǒng)一分析共振耦合電路

　　本圖為三種分析共振耦合的方法。

　　第一，“多諧振電路解析法”（MRA：multi-resonance analysis）。WPT系統(tǒng)通過線圈等供電器件和受電器件進行電磁能的電力傳輸。多諧振電路解析（MRA）利用將四維空間電磁場的動作制成二維平面模型的多諧振電路（multi-resonant circuit），來分析電壓和電流的時間變化。

　　系統(tǒng)設計所需的多諧振電路的電路常數(shù)通過用有限元法等對供受電器件進行電磁場解析來計算，用磁耦合系數(shù)k表示。

　　第二，“諧波共振解析”（HRA：harmonic resonance analysis）。HRA解析將交互開關FET獲得的梯形電壓進行傅里葉級數(shù)展開，根據(jù)各頻率成分來分析多諧振電路的特性。用該方法分析了構(gòu)成提案的無線供電系統(tǒng)的多諧振電路頻率特性。

　　第三，“F參數(shù)共振解析”（FRA：F-parameter resonance analysis）（圖11）。FRA方法可以通過F參數(shù)簡單分析由多個LC共振電路構(gòu)成的復雜多諧振電路。各阻抗用F矩陣表示，通過F矩陣的級聯(lián)系統(tǒng)地分析輸入阻抗和電壓增益。

　　圖11：采用F參數(shù)的多諧振電路解析

　　在采用F參數(shù)的解析中，可以通過各電路的F矩陣獲得整體的F矩陣。

　　通過這些方法可以探明WPT系統(tǒng)的動作和特性，使WPT系統(tǒng)的設計變得容易而且現(xiàn)實。驗證這些設計的方法一般采用電路模擬器和實際實驗。這是WPT的基本設計過程。具體的設計方法請參考文獻等 1～2）。

　　共振型WPT如果能通過電磁場解析等獲得供受電器件的耦合系數(shù)，就可以設計供電系統(tǒng)。能夠分析輸出電壓、傳輸電力和系統(tǒng)的整體電力效率。在采用基于設計理論的GaN FET的10MHz動作實驗中，系統(tǒng)的整體電力效率成功實現(xiàn)了74.0％，傳輸電力達到74.9W。這是前所未有的劃時代成果。

　　WPT擁有開拓新市場的巨大潛力。可以定位為與功率電子、高頻技術、天線技術及無線通信技術等眾多技術息息相關的“高頻功率電子”這種新的跨學科技術領域之一1）。通過技術融合和乘積效應，有望實現(xiàn)飛躍性的技術進步。跨專業(yè)領域的討論變得更加重要。

　　WPT目前還有很多尚不清楚的現(xiàn)象，