電場(chǎng)耦合式無(wú)線供電系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)輕松無(wú)線充電！

　　在眾多企業(yè)對(duì)無(wú)線傳輸電力的無(wú)線供電技術(shù)展開(kāi)研發(fā)的背景下，村田制作所將著眼點(diǎn)放在了被稱(chēng)為“電場(chǎng)耦合方式”的技術(shù)上。以前村田制作所也開(kāi)發(fā)過(guò)“電磁感應(yīng)方式”的無(wú)線供電技術(shù)，但2008年前后決定改為推進(jìn)電場(chǎng)耦合方式。

　　電場(chǎng)耦合方式的構(gòu)造簡(jiǎn)單，只要是在供電臺(tái)規(guī)定的充電區(qū)域內(nèi)，無(wú)論將產(chǎn)品放在什么位置都可供電，可實(shí)現(xiàn)“位置自由（Free Positioning）”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(méi)有的特點(diǎn)。

　　村田制作所用了大約3年的時(shí)間提高了技術(shù)的完成度，并構(gòu)筑了以基本專(zhuān)利為中心的專(zhuān)利網(wǎng)。目前已試制完成為平板終端及電子書(shū)等便攜終端進(jìn)行無(wú)線供電的供電臺(tái)。

　　村田制作所計(jì)劃2011年秋季面向平板終端的無(wú)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(shí)，為了擴(kuò)大電場(chǎng)耦合方式的應(yīng)用，還開(kāi)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(diǎn)為核心，詳細(xì)介紹電場(chǎng)耦合方式。

　　在業(yè)內(nèi)為少數(shù)派

　　無(wú)線供電方式因利用的原理不同而有數(shù)種方式（圖1）。在無(wú)線供電技術(shù)中研發(fā)歷史較長(zhǎng)的是電磁感應(yīng)方式。在電動(dòng)牙刷及無(wú)線電話等領(lǐng)域已有采用的業(yè)績(jī)。電磁感應(yīng)方式方面，目前已成立了開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)的業(yè)界團(tuán)體“Wireless Power Consortium（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(wú)線供電

　　圖中按電力傳輸方式匯總了無(wú)線供電的開(kāi)發(fā)動(dòng)向。在大量企業(yè)致力于電磁感應(yīng)方式和磁場(chǎng)共振方式的情況下，村田制作所則著眼于電場(chǎng)耦合方式。

　　“磁場(chǎng)共振方式”是剛剛起步的技術(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(kāi)發(fā)的電場(chǎng)耦合方式在無(wú)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)

　　村田制作所以開(kāi)辟電場(chǎng)耦合式供電裝置業(yè)務(wù)為目標(biāo)全面展開(kāi)開(kāi)發(fā)的時(shí)間是在2010年4月。研究本身早在2008年前后就已開(kāi)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“CEATEC JAPAN2010”上參展，并在村田制作所的自行車(chē)機(jī)器人“村田頑童Type ECO”上配備了該技術(shù)。與此同時(shí)還上市了輸出功率為2W的評(píng)測(cè)套件。

　　之后，村田制作所決定對(duì)送電模塊及受電模塊實(shí)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。

　　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(wú)線供電臺(tái)。系統(tǒng)整體效率約為70％，可應(yīng)對(duì)最大40mm的水平錯(cuò)位。照片中的是2010年村田制作所發(fā)表新聞資料時(shí)的試制品。

　　該裝置通過(guò)在平板終端的背面裝上內(nèi)置有電極的外套來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線供電。受電模塊收放在外套的下部。另外，在供電臺(tái)上嵌入電極和送電模塊，可將外套放在供電臺(tái)上使用平板終端。電力傳輸效率可確保達(dá)到70％。

　　通過(guò)電場(chǎng)傳輸電力

　　下面介紹一下村田制作所開(kāi)發(fā)的電場(chǎng)耦合式無(wú)線供電技術(shù)的概要。其基本構(gòu)成如圖4所示。下面稱(chēng)為“振蕩器”的部分為送電側(cè)，稱(chēng)為“負(fù)荷”的部分為受電側(cè)。利用通過(guò)使兩組非對(duì)稱(chēng)偶極子沿垂直方向耦合而產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)來(lái)傳輸電力。

　　圖4：電力傳輸需要使用兩組電極

　　村田制作所的電場(chǎng)耦合方式利用通過(guò)沿垂直方向耦合兩組非對(duì)稱(chēng)偶極子而產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)來(lái)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(chǎng)，通過(guò)電場(chǎng)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(zhuān)利（專(zhuān)利號(hào)：PCT/FR2006/000614）。

　　村田制作所的方法的特點(diǎn)在于非對(duì)稱(chēng)偶極子，需要兩組電極。村田制作所將其稱(chēng)為active electrode和passive electrode。passive electrode主要起著接地作用。系統(tǒng)通過(guò)組合這些電極來(lái)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(chǎng)共振方式等其他無(wú)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(chǎng)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(shí)，首先由放大器略微提高電壓，然后通過(guò)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(shí)際使用的直流電壓。電源電路的開(kāi)關(guān)頻率為200k～400kHz，由此構(gòu)成系統(tǒng)。

　　圖5：以高電壓傳輸電力