無(wú)線(xiàn)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(gè)重要部件變壓器就是利用它工作的，變壓器由一個(gè)磁芯和二個(gè)線(xiàn)圈，即初級線(xiàn)圈與次級線(xiàn)圈組成。當初級線(xiàn)圈兩端加上一個(gè)交變電壓時(shí)，磁芯中就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，從而在次級線(xiàn)圈上感應一個(gè)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(gè)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K來(lái)定義：
K=M/
耦合系數反映了變壓器的優(yōu)值，對于一個(gè)近似于理想的變壓器，可簡(jiǎn)單表示為：
V1/V2≈L1/L2≈N1/N2
式中N1與N2分別是兩個(gè)電感的匝數，就是所說(shuō)的電壓比等于匝數比。

對于無(wú)線(xiàn)供電或充電的裝置而言，其初級線(xiàn)圈與次級線(xiàn)圈處于兩個(gè)分離的各自部件中，因而線(xiàn)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(dòng)牙刷。電動(dòng)牙刷經(jīng)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(gè)線(xiàn)圈，當牙刷放在充電座上時(shí)就有磁耦合作用，類(lèi)似一個(gè)變壓器，感應電壓整流后就可對鎳鎘電池充電，整個(gè)電路消耗功率約3W。整套裝置的示意圖如圖3。
 
圖3 電動(dòng)牙刷
 圖4 塑料薄膜電源

日本東京大學(xué)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(shù)上發(fā)光二極管、裝飾燈供電，為魚(yú)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(xiàn)圈，再上面是接通或關(guān)閉電源的MEMS開(kāi)關(guān)，最上面一層是傳送電能的銅線(xiàn)圈。制作工藝采用了絲網(wǎng)印刷和類(lèi)似于噴墨打印的新工藝。它的工作過(guò)程是這樣的；當物體處于薄膜2.5cm范圍內時(shí)，最靠近的MEMS開(kāi)關(guān)接通電源，電感線(xiàn)圈就利用感應原理向設備供電。據稱(chēng)，該項技術(shù)的效率是很高的，電源傳輸效率可達81.4%。目標的價(jià)位每平方米約100美元。