电子产品世界

　　图中列出了电场耦合方式的各部分的电压推移变化。最大特点是通过升压电路将电压提高至1.5kV来传输电力。

　　实现位置自由

　　电场耦合方式的特点大致有三：①充电时可实现位置自由，②电极薄，③电极部的温度不会上升。

　　首先来看第一个特点，即位置自由。虽然不能像磁场共振方式那样以数m的较长距离来传输电力，但水平方向的位置自由度较高。比如，用户将便携终端随意放置在供电台位上即可充电。这有助于提高用户便利性。

　　实际上，与电磁感应方式比较一下的话，这一不同就会清楚无疑（图6）。当电极间的错位（dz/D）为1时，送电侧与受电侧的电极及线圈几乎不重叠，处于大幅错位状态。从图中便可一目了然，电场耦合方式即使电极有相当于1的错位，传输效率也只下降了20％。由此便可得知，电极间错位较少时，该方式的传输效率只会下降10％左右。

　　图6：实现出色的位置自由度

　　图中比较了电场耦合方式与电磁感应方式对水平错位的效率变化。

　　而电磁感应方式则不同，送电线圈与受电线圈的中心必须完全吻合。稍有错位的话，传输效率就会急剧下降。因此，采用电磁感应方式的业界团体WPC制定的“Qi”规格为实现位置自由而不得不绞尽脑汁。比如，排列大量送电线圈，并用马达驱动送电线圈。

　　而电场耦合方式只凭简单构造即可应对错位问题，因此不仅能够提供便利性，而且还可降低系统成本。

　　设计自由度高的电极

　　电场耦合方式的第二个特点是电极薄。可以说，能够减薄到无论多么薄都没关系的程度。因此容易嵌入机器，可支持多种机器。

　　比如在配备到薄型化要求极高的智能电话上时，只粘贴1.5cm见方、厚5μm左右的电极材料（比如铜箔）即可（图7）。

　　图7：嵌入智能电话后盖的示例

　　由于可使用极薄的电极，因此容易嵌入智能电话等。电极不一定非要是四方形，任何形状都可以。

　　另外，还可制成多种形状。没有必要非制成四方形不可，也可以是三角形、圆形及细长的电极。电极使用的材料也可随意，导电体的话最好，除铜箔外还可使用铝箔、透明电极、薄膜及镀金等材料。因此可以说，在嵌入多种构成及大小的机器时，设计自由度较高。

　　第三点是电极部分的温度不会上升，这也是很重要的特点（图8）。村田制作所在与客户讨论的过程中，经常谈及热对策的重要性。由于温度不会上升，因此能够将电极部分接近容易受热劣化的电池组来配置。

　　图8：电极部分的温度不会上升

　　由于电极部分不会发热，因此即使靠近电池组来配置，电池受热劣化的可能性也很低。

　　至于电极部分缘何不发热的原因如图5所示，这与提高电压有很大关系。由于将电压提高到了1.5kV左右，电极部分流过的电流只有数mA左右，因此在原理上抑制了发热的致因。

　　当然，送电模块及受电模块由于配备有电源电路，电源电路的电力损失会变成热，因此仍会发生10～20℃左右的热量（图9）。不过，这一点在设计阶段即可采取对策，比如将送电模块及受电模块远离电池组来配置。（未完待续，特约撰稿人：家木英治，村田制作所技术事业开发本部本部长，乡间真治，村田制作所技术事业开发本部 应用技术商品部 商品企划课 股长）

　　图9：受电部分的发热可通过设计采取对策

　　受电模块会因降压电路及DC-DC转换器等发生电力损失而产生热量。不过，可采取远离电池组或配置在容易散热之处等对策。

　　三个新课题

　　利用这些特点，电场耦合方式今后将被逐渐嵌入机器中。届时技术上将有三个观点变得尤为重要：①无线干扰对策、②安全对策、③向多台机器供电。

　　首先是①无线干扰特性的对策。这方面需要与人体及其他机器所受影响有关的多种标准取得统一。村田制作所不久将开始量产的输出功率为10W的送电模块及受电模块将符合“ICNIRP”及“CISPR 22”等相关标准（表1）。图10列出了与无线干扰标准“CISPR 22 Class B”相关的检测结果。结果表明，噪声端子电压及辐射噪声均达到了标准。

　　图10：无线干扰特性在标准值以下

　　图中列出了无线传输10W电力时符合无线干扰国际标准“CISPR 22”的情况。无线干扰的数值均在标准值以下。

　　在设计供电台时村田制作所也采取了相应手段。其要点在于配置了active electrode和passive electrode两组电极。其中，active electrode会产生极高的电场。而passive electrode则起到了接地作用，以包围active electrode的形式来配置。

　　如此配置是为了对送电模块及开关等形成屏蔽予以保护，并防止active electrode产生的高电场向外部逃逸。遵循这一思想来设计的话，不仅可以充分符合法制规定，还可防止给人体及周围机器带来影响。

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关键词：电场耦合无线供电