2014年02月08日09:57
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日本奈良先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)（NAIST）信息科學(xué)研究系教授岡田實(shí)的研究室與電力設(shè)備及工業(yè)機(jī)器人制造商大阪變壓器公司合作，開發(fā)出了可為移動(dòng)中的設(shè)備及純電動(dòng)汽車（純電動(dòng)車）等無線充電的“使用平行雙線的無線電力傳輸方式”。
奈良先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)教授岡田實(shí)（右）與副教授東野武史（左）
這是一種基于磁共振方式的線路型無線充電技術(shù)，但供電器并不是排列多個(gè)供電線圈，而是向兩條平行排列的導(dǎo)線（平行雙線）施加13MHz左右的高頻電壓。線路遠(yuǎn)端既可以連接起來，也可以分離。受電器為使用線圈的普通結(jié)構(gòu)。
比線圈式容易安裝
設(shè)想的用途是為行駛中的純電動(dòng)車等移動(dòng)體充電。例如，在工廠的工業(yè)機(jī)器人通道或者車道旁的人行道上設(shè)置平行雙線，為裝有受電器的機(jī)器人、純電動(dòng)車、電動(dòng)巴士、自行車及行人的智能手機(jī)等充電。
據(jù)岡田等人介紹，與排列多個(gè)線圈作為供電器的傳統(tǒng)技術(shù)相比，新技術(shù)具有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）供電器容易安裝，（2）供電效率不易受到供電器與受電器之間位置關(guān)系的影響。
平行雙線技術(shù)的供電效率同樣對(duì)位置存在依賴性。這是因?yàn)�，平行雙線存在電流密度的駐波，“波幅”與“波節(jié)”處能夠傳輸?shù)碾娏Υ蟛幌嗤�。岡田等人認(rèn)為，這一問題可以通過將波節(jié)部分的線路彎曲等措施來解決。
找到阻抗匹配條件
平行雙線之所以能夠成為無線充電系統(tǒng)的供電器，是因?yàn)閷锏热苏业搅嗽谄浣咏茈娋�圈時(shí)、包括負(fù)載在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到阻抗匹配的匹配條件。具體而言，岡田等人已經(jīng)證實(shí)，平行雙線與受電器及負(fù)載的磁場(chǎng)耦合時(shí)的等效電路等價(jià)于高通濾波器（HPF）。HPF起著使電源與負(fù)載的阻抗相匹配的阻抗轉(zhuǎn)換器的作用。當(dāng)受電器在線路上移動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)的阻抗匹配條件除了受導(dǎo)線粗細(xì)及導(dǎo)線間距等的影響之外，還受到受電線圈在線路上的位置的影響。因此，裝有受電器的移動(dòng)體沿著平行雙線移動(dòng)時(shí)，需要利用嵌在電源一側(cè)的匹配器，對(duì)系統(tǒng)的阻抗進(jìn)行動(dòng)態(tài)匹配。這種匹配器的開發(fā)由大阪變壓器負(fù)責(zé)。
盡管業(yè)界已經(jīng)開發(fā)出好幾種線路型無線供電系統(tǒng)，但此次的技術(shù)與這些系統(tǒng)均不相同。比如，日本豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)電氣電子信息工程系教授大平孝的研究小組利用的是電場(chǎng)耦合，而平行雙線技術(shù)利用的是磁場(chǎng)耦合。
龍谷大學(xué)理工學(xué)院電子信息系教授石崎俊雄的研究室和RyuTech正在開發(fā)的線路狀無線供電系統(tǒng)利用的是磁場(chǎng)耦合，但供電器使用名為“微帶線”（Microstrip Line）的、可以傳輸電磁波的導(dǎo)電體。而平行雙線方式供電系統(tǒng)則是電磁場(chǎng)在線路上形成駐波。
利用軌道模型玩具試制的無線充電系統(tǒng)的演示（上）與線路及受電線圈的放大圖（下）
利用軌道模型玩具確認(rèn)系統(tǒng)運(yùn)行情況
在利用軌道模型玩具試制的無線供電系統(tǒng)中，傳輸40W的電力時(shí)，傳輸效率比其他方法高出幾個(gè)百分點(diǎn)。而且，這還是在沒有對(duì)受電線圈的阻抗進(jìn)行控制的情況下。
據(jù)介紹，如果結(jié)合受電線圈的阻抗控制，按照理論計(jì)算，即使考慮到導(dǎo)線的電阻和渦電流造成的損失（導(dǎo)損），最大效率也可提高到85％左右。如果沒有導(dǎo)損，理論效率將達(dá)到100％。 （日經(jīng)技術(shù)在線！供稿）
磁場(chǎng)耦合時(shí)的系統(tǒng)特性阻抗ZF在滿足ZF＝2πf0M的條件時(shí)，可達(dá)到系統(tǒng)的阻抗匹配，從供電器經(jīng)由受電器向負(fù)載傳輸電力。f0為頻率，M為互感系數(shù)。（該圖來源于奈良先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)）
