2014年02月08日09:57
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日本奈良先端科學技術大學院大學（NAIST）信息科學研究系教授岡田實的研究室與電力設備及工業機器人制造商大阪變壓器公司合作，開發出了可為移動中的設備及純電動汽車（純電動車）等無線充電的“使用平行雙線的無線電力傳輸方式”。
奈良先端科學技術大學院大學教授岡田實（右）與副教授東野武史（左）
這是一種基於磁共振方式的線路型無線充電技術，但供電器並不是排列多個供電線圈，而是向兩條平行排列的導線（平行雙線）施加13MHz左右的高頻電壓。線路遠端既可以連接起來，也可以分離。受電器為使用線圈的普通結構。
比線圈式容易安裝
設想的用途是為行駛中的純電動車等移動體充電。例如，在工廠的工業機器人通道或者車道旁的人行道上設置平行雙線，為裝有受電器的機器人、純電動車、電動巴士、自行車及行人的智能手機等充電。
據岡田等人介紹，與排列多個線圈作為供電器的傳統技術相比，新技術具有以下兩個優點：（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系的影響。
平行雙線技術的供電效率同樣對位置存在依賴性。這是因為，平行雙線存在電流密度的駐波，“波幅”與“波節”處能夠傳輸的電力大不相同。岡田等人認為，這一問題可以通過將波節部分的線路彎曲等措施來解決。
找到阻抗匹配條件
平行雙線之所以能夠成為無線充電系統的供電器，是因為岡田等人找到了在其接近受電線圈時、包括負載在內的整個系統達到阻抗匹配的匹配條件。具體而言，岡田等人已經証實，平行雙線與受電器及負載的磁場耦合時的等效電路等價於高通濾波器（HPF）。HPF起著使電源與負載的阻抗相匹配的阻抗轉換器的作用。當受電器在線路上移動時，系統的阻抗匹配條件除了受導線粗細及導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的匹配器，對系統的阻抗進行動態匹配。這種匹配器的開發由大阪變壓器負責。
盡管業界已經開發出好幾種線路型無線供電系統，但此次的技術與這些系統均不相同。比如，日本豐橋技術科學大學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，而平行雙線技術利用的是磁場耦合。
龍谷大學理工學院電子信息系教授石崎俊雄的研究室和RyuTech正在開發的線路狀無線供電系統利用的是磁場耦合，但供電器使用名為“微帶線”（Microstrip Line）的、可以傳輸電磁波的導電體。而平行雙線方式供電系統則是電磁場在線路上形成駐波。
利用軌道模型玩具試制的無線充電系統的演示（上）與線路及受電線圈的放大圖（下）
利用軌道模型玩具確認系統運行情況
在利用軌道模型玩具試制的無線供電系統中，傳輸40W的電力時，傳輸效率比其他方法高出幾個百分點。而且，這還是在沒有對受電線圈的阻抗進行控制的情況下。
據介紹，如果結合受電線圈的阻抗控制，按照理論計算，即使考慮到導線的電阻和渦電流造成的損失（導損），最大效率也可提高到85％左右。如果沒有導損，理論效率將達到100％。 （日經技術在線！供稿）
磁場耦合時的系統特性阻抗ZF在滿足ZF＝2πf0M的條件時，可達到系統的阻抗匹配，從供電器經由受電器向負載傳輸電力。f0為頻率，M為互感系數。（該圖來源於奈良先端科學技術大學院大學）
