無線供電解決方案

磁耦合方案

電磁感應是一項基本原理，交流電源中一個重要部件變壓器就是利用它工作的，變壓器由一個磁芯和二個線圈，即初級線圈與次級線圈組成。當初級線圈兩端加上一個交變電壓時，磁芯中就會產生一個交變磁場，從而在次級線圈上感應一個相同頻率的交流電壓，電能就從輸入電路傳輸至輸出電路。對圖2所示的變壓器基本電路，兩個端口的電壓降可表示為：

V1=jwL1I1-jwMI2
Y2=jwMI1-jwL2I2=ZLI2
式中L1、L2和M分別為初級電感、次級電感與互感，ZL是負載電阻。初、次級間耦合度可用耦合系數(shù)K來定義：
K=M/
耦合系數(shù)反映了變壓器的優(yōu)值，對于一個近似于理想的變壓器，可簡單表示為：
V1/V2≈L1/L2≈N1/N2
式中N1與N2分別是兩個電感的匝數(shù)，就是所說的電壓比等于匝數(shù)比。

對于無線供電或充電的裝置而言，其初級線圈與次級線圈處于兩個分離的各自部件中，因而線圈間的耦合是比較松散的。最早使用電磁感應原理的是電動牙刷。電動牙刷經常接觸水，不采用直接充電方案，在充電座和牙刷中各有一個線圈，當牙刷放在充電座上時就有磁耦合作用，類似一個變壓器，感應電壓整流后就可對鎳鎘電池充電，整個電路消耗功率約3W。整套裝置的示意圖如圖3。
 
圖3 電動牙刷
 圖4 塑料薄膜電源

日本東京大學的教授們設計了一種塑料薄膜電源(圖4)，很有創(chuàng)意，用途也十分廣泛。例如，可將它鋪在地板上或桌子上，或嵌入在墻壁上，為圣誕樹上發(fā)光二極管、裝飾燈供電，為魚缸水中燈泡或小型電機供電。薄膜電源由四層塑料薄膜組成，最低一層是電導可控的有機晶體管，上面是感測兼容電子設備接近的銅線圈，再上面是接通或關閉電源的MEMS開關，最上面一層是傳送電能的銅線圈。制作工藝采用了絲網(wǎng)印刷和類似于噴墨打印的新工藝。它的工作過程是這樣的；當物體處于薄膜2.5cm范圍內時，最靠近的MEMS開關接通電源，電感線圈就利用感應原理向設備供電。據(jù)稱，該項技術的效率是很高的，電源傳輸效率可達81.4%。目標的價位每平方米約100美元。