運(yùn)用平行雙線技術(shù) 日本推出新無線充電裝置

　　充電技術(shù)一直是限制純電動車行業(yè)迅速發(fā)展的主要瓶頸，動則五六個小時的充電時間讓一般消費(fèi)者望而卻步，尤其在充電網(wǎng)絡(luò)不發(fā)達(dá)的地區(qū)，用戶存在嚴(yán)重”里程焦慮”，即使Tesla的超級充電樁也不能完全解決問題。無線充電在這樣的大背景下誕生無疑是應(yīng)景的，也滿足的用戶的剛性需求。

　　近日，日本奈良先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)的一項研究就將無線充電由實(shí)驗(yàn)室向?qū)嵺`推進(jìn)了一大步。日經(jīng)技術(shù)在線就這項研究進(jìn)行了報道，看起來很學(xué)術(shù)，但細(xì)細(xì)閱讀，你會發(fā)現(xiàn)無線充電技術(shù)真的離我們越來越近了。

　　邊移動邊充電不是夢

　　據(jù)悉，日本奈良先端科學(xué)技術(shù)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)出了可為移動中的設(shè)備及純電動汽車等無線充電的”使用平行雙線的無線電力傳輸方式”。

　　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)。

　　設(shè)想的用途是為行駛中的純電動車等移動體充電。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、純電動車、電動巴士、自行車及行人的智能手機(jī)等充電。

　　據(jù)介紹，與排列多個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)的供電效率同樣對位置存在依賴性。這是因?yàn)椋叫须p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锏热苏J(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。

　　充電效率提高，耗能降低

　　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、包括負(fù)載在內(nèi)的整個系統(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)載的磁場耦合時的等效電路等價于高通濾波器(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時，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，裝有受電器的移動體沿著平行雙線移動時，需要利用嵌在電源一側(cè)的匹配器，對系統(tǒng)的阻抗進(jìn)行動態(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耦合，而平行雙線技術(shù)利用的是磁場耦合。

　　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)則是電磁場在線路上形成駐波。

　　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，傳輸效率比其他方法高出幾個百分點(diǎn)。而且，這還是在沒有對受電線圈的阻抗進(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%。