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电场耦合式无线供电系统:实现轻松无线充电

2011-08-11 10:12来源:技术在线关键词:电场无线供电收藏点赞

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实现位置自由

电场耦合方式的特点大致有三:①充电时可实现位置自由,②电极薄,③电极部的温度不会上升。

首先来看第一个特点,即位置自由。虽然不能像磁场共振方式那样以数m的较长距离来传输电力,但水平方向的位置自由度较高。比如,用户将便携终端随意放置在供电台位上即可充电。这有助于提高用户便利性。

实际上,与电磁感应方式比较一下的话,这一不同就会清楚无疑(图6)。当电极间的错位(dz/D)为1时,送电侧与受电侧的电极及线圈几乎不重叠,处于大幅错位状态。从图中便可一目了然,电场耦合方式即使电极有相当于1的错位,传输效率也只下降了20%。由此便可得知,电极间错位较少时,该方式的传输效率只会下降10%左右。

图6:实现出色的位置自由度

图中比较了电场耦合方式与电磁感应方式对水平错位的效率变化。

而电磁感应方式则不同,送电线圈与受电线圈的中心必须完全吻合。稍有错位的话,传输效率就会急剧下降。因此,采用电磁感应方式的业界团体WPC制定的“Qi”规格为实现位置自由而不得不绞尽脑汁。比如,排列大量送电线圈,并用马达驱动送电线圈。

而电场耦合方式只凭简单构造即可应对错位问题,因此不仅能够提供便利性,而且还可降低系统成本。

设计自由度高的电极

电场耦合方式的第二个特点是电极薄。可以说,能够减薄到无论多么薄都没关系的程度。因此容易嵌入机器,可支持多种机器。

比如在配备到薄型化要求极高的智能电话上时,只粘贴1.5cm见方、厚5μm左右的电极材料(比如铜箔)即可(图7)。

图7:嵌入智能电话后盖的示例

由于可使用极薄的电极,因此容易嵌入智能电话等。电极不一定非要是四方形,任何形状都可以。

另外,还可制成多种形状。没有必要非制成四方形不可,也可以是三角形、圆形及细长的电极。电极使用的材料也可随意,导电体的话最好,除铜箔外还可使用铝箔、透明电极、薄膜及镀金等材料。因此可以说,在嵌入多种构成及大小的机器时,设计自由度较高。

第三点是电极部分的温度不会上升,这也是很重要的特点(图8)。村田制作所在与客户讨论的过程中,经常谈及热对策的重要性。由于温度不会上升,因此能够将电极部分接近容易受热劣化的电池组来配置。

图8:电极部分的温度不会上升

由于电极部分不会发热,因此即使靠近电池组来配置,电池受热劣化的可能性也很低。

至于电极部分缘何不发热的原因如图5所示,这与提高电压有很大关系。由于将电压提高到了1.5kV左右,电极部分流过的电流只有数mA左右,因此在原理上抑制了发热的致因。

当然,送电模块及受电模块由于配备有电源电路,电源电路的电力损失会变成热,因此仍会发生10~20℃左右的热量(图9)。不过,这一点在设计阶段即可采取对策,比如将送电模块及受电模块远离电池组来配置。(未完待续,特约撰稿人:家木英治,村田制作所技术事业开发本部本部长,乡间真治,村田制作所技术事业开发本部 应用技术商品部 商品企划课 股长)

图9:受电部分的发热可通过设计采取对策

受电模块会因降压电路及DC-DC转换器等发生电力损失而产生热量。不过,可采取远离电池组或配置在容易散热之处等对策。

三个新课题

投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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