无线供电解决方案

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晶体管，上面是感测兼容电子设备接近的铜线圈，再上面是接通或关闭电源的MEMS开关，最上面一层是传送电能的铜线圈。制作工艺采用了丝网印刷和类似于喷墨打印的新工艺。它的工作过程是这样的；当物体处于薄膜2.5cm范围内时，最靠近的MEMS开关接通电源，电感线圈就利用感应原理向设备供电。据称，该项技术的效率是很高的，电源传输效率可达81.4%。目标的价位每平方米约100美元。