技術名稱 具備校正電感電容共振頻率功能之共振式磁耦合無線傳能系統
計畫單位 國立交通大學
計畫主持人 洪浩喬
技術簡介
無線傳能(WPT)技術具有防塵、防水、使用便利等特色,使其成為消費電子產品如手機、無線耳機、電動牙刷、無線吸塵器、工業電鑽、以至於電動車的新興供電技術,其無接點的特性使其成為植入式生醫電子元件最好的供電方式。功率傳輸效率以及最大傳輸功率是無線傳能系統最重要的兩個性能指標。

傳統磁耦合(Magnetic Coupling)無線傳能技術使用至少兩個線圈來進行無線傳能。傳送端(一次側)使用高效率功率放大器先將直流電源轉換成交流電信號,再藉由電生磁原理激發一次側線圈產生磁場變化。接收端(二次側)的線圈感應一次側線圈產生的磁場變化,藉由磁生電的原理將感應到的磁場變化轉成交流電提供負載使用。然而兩個線圈的耦合係數(coupling coefficient)必須非常高才能有良好的性能表現,這需要兩個線圈非常靠近並且準確對齊才能做到。目前市售的手機用無線充電板大多採用這種技術,也因此手機必須準確的放置在充電板的特定位置才能有效率的充電。對使用者來說並不方便。

另一種共振式磁耦合(Resonant Magnetic Coupling, RMC)無線傳能技術則是在兩側分別加上電容與原有線圈形成共振腔(LC resonators)。利用共振的原理可以在更遠的傳輸距離提供更高的功率傳輸效率,同時也不需要準確的對準線圈。但是這個技術需要精準地控制兩側共振腔的共振頻率才能發揮其優勢,些微的誤差就會使其性能大幅下降。因為實際電容值與線圈的電感值都會受到製程飄移或操作環境如溫度、電壓的影響產生一定誤差,使得此技術尚無法量產普及。

本專利提出使用簡單且強健的電路來自動調整共振式磁耦合無線傳能系統中兩側電容容值的方法,以準確校正兩側的共振頻率,使校正後的RMC WPT系統同時獲得最高功率傳輸效率與最大傳輸功率,讓共振式磁耦合無線傳能技術終於得以商品化。
科學突破性
本專利可以精準地控制共振式磁耦合無線傳能系統中接收端與傳送端兩側LC resonators的共振頻率發揮其性能優勢。本專利提出藉由偵測兩側共振電容或線圈的跨壓來自動調整系統中兩側共振電容值的方法來準確校正系統中的共振頻率,校正後系統可以同時獲得最佳功率傳輸效率與最大傳輸功率。
產業應用性
共振式無線傳能技術具有傳輸距離長、無接點、防塵防水、使用便利等特色,使其成為各式電子產品如手機、植入式生醫電子元件、以至於電動車的新興供電技術。本發明使用高良率且低成本的簡單電路準確校正共振式磁耦合無線傳能系統中接收端與傳送端兩側的共振頻率,解決共振式無線傳能技術因本質共振頻率誤差無法商品化的問題。
關鍵字 無線充電 無線傳能 共振式磁耦合 共振頻率校正 無接點電源 防水電源 防塵電源 手機 充電家電 植入式生醫電子
備註
由於測試晶片仍委由TSRI製作中,預計8/13前可以收到測試晶片。若測試一切順利可以於12月做實體展示。
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  • 洪浩喬
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