电场耦合式无线供电系统：实现轻松无线充电！

　　在众多企业对无线传输电力的无线供电技术展开研发的背景下，村田制作所将着眼点放在了被称为“电场耦合方式”的技术上。以前村田制作所也开发过“电磁感应方式”的无线供电技术，但2008年前后决定改为推进电场耦合方式。

　　电场耦合方式的构造简单，只要是在供电台规定的充电区域内，无论将产品放在什么位置都可供电，可实现“位置自由（Free Positioning）”的供电。另外，由于可将电极减薄，因此具有容易嵌入产品等其他方式所没有的特点。

　　村田制作所用了大约3年的时间提高了技术的完成度，并构筑了以基本专利为中心的专利网。目前已试制完成为平板终端及电子书等便携终端进行无线供电的供电台。

　　村田制作所计划2011年秋季面向平板终端的无线供电装置量产输出功率为10W的送电模块及受电模块。与此同时，为了扩大电场耦合方式的应用，还开始进行标准化工作。

　　本文将以技术方面的内容及特点为核心，详细介绍电场耦合方式。

　　在业内为少数派

　　无线供电方式因利用的原理不同而有数种方式（图1）。在无线供电技术中研发历史较长的是电磁感应方式。在电动牙刷及无线电话等领域已有采用的业绩。电磁感应方式方面，目前已成立了开展标准化作业的业界团体“Wireless Power Consortium（WPC）”，制定完成了面向5W以下设备的标准规格。

　　图1：众多企业关注无线供电

　　图中按电力传输方式汇总了无线供电的开发动向。在大量企业致力于电磁感应方式和磁场共振方式的情况下，村田制作所则着眼于电场耦合方式。

　　“磁场共振方式”是刚刚起步的技术。其魅力在于可将电力传输到距离数m远的地方，因此众多企业及研究机构正在进行相关研发。

　　村田制作所致力开发的电场耦合方式在无线供电业界为少数派。除村田制作所外，日本只有竹中工务店在研发。

2011年秋季量产

　　村田制作所以开辟电场耦合式供电装置业务为目标全面展开开发的时间是在2010年4月。研究本身早在2008年前后就已开始，此后一直在确立相关技术。2010年6月村田制作所正式宣布试制完成了输出功率为3W的送电模块及受电模块。同年10月在“CEATEC JAPAN2010”上参展，并在村田制作所的自行车机器人“村田顽童Type ECO”上配备了该技术。与此同时还上市了输出功率为2W的评测套件。

　　之后，村田制作所决定对送电模块及受电模块实施量产（图2）。模块面向平板终端充电用途，输出功率为10W。另外，还预定2011年推出配备该送电模块及受电模块的供电装置（图3）。

　　图2：将于2011年秋季量产10W产品

　　村田制作所将面向平板终端使用的充电座，量产输出功率为10W的送电模块及受电模块。模块中最厚的部分是变压器。

　　图3：供平板终端使用的产品不久即将亮相

　　村田制作所预定2011年内上市供平板终端使用的无线供电台。系统整体效率约为70％，可应对最大40mm的水平错位。照片中的是2010年村田制作所发表新闻资料时的试制品。

　　该装置通过在平板终端的背面装上内置有电极的外套来实现无线供电。受电模块收放在外套的下部。另外，在供电台上嵌入电极和送电模块，可将外套放在供电台上使用平板终端。电力传输效率可确保达到70％。

　　通过电场传输电力

　　下面介绍一下村田制作所开发的电场耦合式无线供电技术的概要。其基本构成如图4所示。下面称为“振荡器”的部分为送电侧，称为“负荷”的部分为受电侧。利用通过使两组非对称偶极子沿垂直方向耦合而产生的感应电场来传输电力。

　　图4：电力传输需要使用两组电极

　　村田制作所的电场耦合方式利用通过沿垂直方向耦合两组非对称偶极子而产生的感应电场来传输电力。

　　其基本原理为：在图4中以淡蓝色标示的部分产生强感应电场，通过电场将电力从送电侧转移到受电侧。村田制作所已获得了这种构造的专利（专利号：PCT/FR2006/000614）。

　　村田制作所的方法的特点在于非对称偶极子，需要两组电极。村田制作所将其称为active electrode和passive electrode。passive electrode主要起着接地作用。系统通过组合这些电极来传输电力。

　　在系统的构成部件方面，与电磁感应方式和磁场共振方式等其他无线供电技术相比，电源部分相同。受电模块配备降压电路及整流电路，向充电池及设备供应电力。

　　电场耦合方式与其他方式相差较大的地方是各部分的电压推移变化（图5）。比如输入电压为5V的AC适配器，在向送电模块供应电力时，首先由放大器略微提高电压，然后通过升压电路一举提高至1.5kV左右。以这一电压传输电力后，再利用降压电路及整流电路转换成实际使用的直流电压。电源电路的开关频率为200k～400kHz，由此构成系统。

　　图5：以高电压传输电力