無線送電國際學(xué)會在日召開 汽車與磁場共振唱主角

　　以無線送電為主題的國際學(xué)會“2011 IEEE MTT-S InternationalMicrowave Workshop Serieson Innovative Wireless PowerTransmission：Technologies, Systems,and Applications（IMWSIWPT2011）”于2011年5月12～13日在京都大學(xué)舉行。此次是首次單獨舉行以無線送電技術(shù)為主題的IEEE國際學(xué)會注1）。

　　注1）IEEE公布了將在2011年6月新成立一個無線送電專門委員會“TC MTT-26 WirelessEnergy Transfer and Conversion”的計劃，以加大對無線送電領(lǐng)域的關(guān)注力度。

　　該學(xué)會匯集了日本國內(nèi)外的無線送電研究人員，有約40件口頭發(fā)表以及約20件展板發(fā)表。從發(fā)表內(nèi)容可以感覺到，全球許多地區(qū)都在致力于使無線送電實用化。

關(guān)注豐田的動向

　　此次國際學(xué)會由微波領(lǐng)域的研究組織IEEE MicrowaveTheory and Techniques Society（MTT-S）主辦。但會議的主角是“磁共振方式”和“給汽車供電技術(shù)”，而非微波。注2）

　　注2）作為微波傳輸方式最受矚目的是實現(xiàn)在太空設(shè)置GW級太陽能電池的“太空太陽能利用系統(tǒng)”，目前正在以提高電力傳輸效率為核心推進研發(fā)工作。目標(biāo)是2035年實現(xiàn)實用化。

　　出現(xiàn)這種動向的背景在于豐田的一項舉措。豐田于2011年4月宣布，將與美國風(fēng)險企業(yè)WiTricity就開發(fā)插電式混合動力車（PHEV）和電動汽車（EV）的非接觸式充電系統(tǒng)展開技術(shù)合作。

　　磁共振方式是2006年由美國麻省理工學(xué)院（MIT）開發(fā)的一項技術(shù)?？衫么艌龉舱瘢詿o線方式將電力傳輸?shù)綌?shù)十cm～數(shù)m遠(yuǎn)的地方。WiTricity的創(chuàng)始人包括在麻省理工學(xué)院主導(dǎo)磁共振方式研究的Marin Soljacic。作為一家與Soljacic等磁共振方式無線供電的著名開發(fā)人員有密切關(guān)系的企業(yè)，WiTricity在業(yè)界備受關(guān)注。

索尼提出現(xiàn)實方案

　　自從麻省理工學(xué)院發(fā)表磁共振方式以來，為了使基于磁共振方式的無線送電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實用化，許多企業(yè)和研究機構(gòu)一直在推進研發(fā)工作。

　　在此次國際學(xué)會上，索尼發(fā)表的論文以配備于消費產(chǎn)品中為前提，吸引了與會人士的高度關(guān)注。索尼提出的是簡化受電線圈，從而降低非接觸充電系統(tǒng)成本的方法（圖1）。

圖1：簡化受電線圈，從而降低成本
索尼提出了簡化受電線圈形狀的電力傳輸方式（a）。原理采用磁共振方式，目標(biāo)是確保一定程度的傳輸距離、同時實現(xiàn)降低成本（b）。（根據(jù)索尼的資料制圖）

　　基于普通磁共振方式的非接觸充電系統(tǒng)，在送電側(cè)和受電側(cè)都需要線圈和回線（Loop）。而索尼提出的方式，利用磁共振方式原理，受電側(cè)只需回線即可。雖然電力傳輸距離“減半”（索尼），但受電側(cè)無需線圈，因此可以降低成本。

　　另外，還無需在送電側(cè)和受電側(cè)整合線圈的共振頻率，由此降低了設(shè)計難度。例如，由便攜設(shè)備和充電站構(gòu)成的非接觸充電系統(tǒng)，對受電側(cè)（便攜設(shè)備側(cè)）的成本降低有嚴(yán)格要求。筆者認(rèn)為，這時索尼此次提出的減少線圈的方法將發(fā)揮作用。

　　如果在送電側(cè)使用200mm見方的線圈，那么在100mm距離之處可以進行效率約84％的電力傳輸。

如何減少對人體的影響？

　　關(guān)于汽車方面，有科研機構(gòu)發(fā)表了對行駛的EV進行供電的技術(shù)。該技術(shù)的基本理念是減小汽車配備的充電電池容量，降低車輛成本，同時還要延長續(xù)航距離。

　　豐田中央研究所和豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)的研究團隊，提出了經(jīng)由輪胎傳輸電力的新方法（圖2）。在路上鋪設(shè)金屬板，金屬板與輪胎鋼絲帶束層（Steel Belt）之間形成電容，并會流過位移電流（高頻電流），由此來傳輸電力。

圖2：在路上鋪設(shè)金屬板，給正在行駛的汽車充電
豐田中央研究所和豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)提出了給行駛的汽車送電的方法（a）。利用在輪胎鋼絲帶束層和路上鋪設(shè)的金屬板之間形成的電容構(gòu)造，流過位移電流，以此傳輸電力（b）。（根據(jù)豐田中央研究所的資料制圖）

　　豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)電氣及電子信息工學(xué)系教授大平孝認(rèn)為，“輪胎和路面之間的距離是固定的，傳輸條件穩(wěn)定。另外，橡膠材料的輪胎具有較高的介電常數(shù)，可以抑制磁場向周圍泄漏”。研發(fā)團隊首先將以應(yīng)用于高速公路為目標(biāo)推進開發(fā)。

　　在給行駛中的汽車送電這一技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先位置的是韓國，現(xiàn)在正以韓國科學(xué)技術(shù)院（Korea Advanced Instituteof Science and Technology，簡稱KAIST）為中心，推進開發(fā)可通過無線送電來驅(qū)動的EV。目前正在開發(fā)第四代試制車，韓國科學(xué)技術(shù)院教授Joungho Kim在主題演講中表示，“我們正在致力于研究抑制電磁輻射量，也就是減少對人體影響的方法”。

　　不僅是韓國科學(xué)技術(shù)院，在此次的國際學(xué)會上，其他科研機構(gòu)也紛紛發(fā)表了的研究論文。這是消費者最為關(guān)注的一點，也是投產(chǎn)時的最大課題。對于該領(lǐng)域來說，對人體的影響將成為今后研究的焦點。