文档介绍:无线供电解决方案-电力解决方案
无线输电技术一直是人们关心的课题,早在上世纪初,Nicola Tesla就进行过远距离无线输电的实验研究,虽然该项计划因资金等原因中途夭折,然而,远距离无线输电技术一直在进行着。特别是近年来,便携式电子产品大量涌现,以及传感器无线网络技术与MEMS器件的发展,推动了无线供电与无线网络技术的研发,并在理论研究和实用化技术方面取得了初步的成果。下面将简要地介绍该项工作所采用的方案和各种产品。
电磁波方案
电磁波,俗称无线电波是人们非常熟悉的一个概念。正是由于它的发现,才奠定了广播、电视和现代通信技术的基础。电磁波不仅能传输信号,它也能传输电能。美国一家公司Power Cast开发了这项技术,可为各种电子产品充电或供电,包括耗电量相对较低的电子产品,诸如手机、MP3随身听、温度传感器、助听器,甚至汽车零部件和医疗仪器。整个系统基本上包含了两个部件,称为Power Caster的发射器模块和称为Powerharvester的接收器模块,前者可插入在插座上,后者则嵌入在电子产品上(图1)。发送器发射安全的低频电磁波,接收器接收发射频率的电磁波,据称约有70%的电磁信号能量转换为直流电能。该项技术之所以会得到多家厂商的青睐,原因在于它独特的电磁波接收装置,能够根据不同的负载、电场强度来作调整,以维持稳定的直流电压。
图1 Powercast系统图
图2变压器示意图
磁耦合方案
电磁感应是一项基本原理,交流电源中一个重要部件变压器就是利用它工作的,变压器由一个磁芯和二个线圈,即初级线圈与次级线圈组成。当初级线圈两端加上一个交变电压时,磁芯中就会产生一个交变磁场,从而在次级线圈上感应一个相同频率的交流电压,电能就从输入电路传输至输出电路。对图2所示的变压器基本电路,两个端口的电压降可表示为:
V1=jwL1I1-jwMI2
Y2=jwMI1-jwL2I2=ZLI2
式中L1、L2和M分别为初级电感、次级电感与互感,ZL是负载电阻。初、次级间耦合度可用耦合系数K来定义:
K=M/
耦合系数反映了变压器的优值,对于一个近似于理想的变压器,可简单表示为:
V1/V2≈L1/L2≈N1/N2
式中N1与N2分别是两个电感的匝数,就是所说的电压比等于匝数比。
对于无线供电或充电的装置而言,其初级线圈与次级线圈处于两个分离的各自部件中,因而线圈间的耦合是比较松散的。最早使用电磁感应原理的是电动牙刷。电动牙刷经常接触水,不采用直接充电方案,在充电座和牙刷中各有一个线圈,当牙刷放在充电座上时就有磁耦合作用,类似一个变压器,感应电压整流后就可对镍镉电池充电,整个电路消耗功率约3W。整套装置的示意图如图3。
图3 电动牙刷
图4 塑料薄膜电源
日本东京大学的教授们设计了一种塑料薄膜电源(图4),很有创意,用途也十分广泛。例如,可将它铺在地板上或桌子上,或嵌入在墙壁上,为圣诞树上发光二极管、装饰灯供电,为鱼缸水中灯泡或小型电机供电。薄膜电源由四层塑料薄膜组成,最低一层是电导可控的有机