无线电能传输技术的研究综述

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无线电能传输技术的研究综述

摘要：当今社会进入到信息智能化时代，作为智能时代的代表性技术的无线电能传输技术是当今社会研究与应用的热门技术。工业生产行业的无线电能传输技术的引进能够极大地节省相关行业的人力物力，消费类电子行业的无线电能传输技术的引进能够便利消费者的对相关消费电子产品使用，因此无线电能传输技术是一项重大的技术。

关键词：无线电能传输；技术 一、国内研究现状

无线电能传输技术在我国起步较晚，大约2000年，国内开始有相关单位研究这个技术。2001年，安石油学院的李宏教授，发表的一篇关于感应电能传输技术在矿井用感应电力机车应用的文章标志着我国对此项研究技术的开始。同年，庆大学自动化学院的孙跃教授开始了对电磁感应耦合无线电能传输进行大量的研究，2002年该研发团队开始研发感应式电能传输系统，前已应用于充电汽车、日常电器等领域。2003年，重庆大学樊华、郑小林、皮喜田、彭承琳等对用于体内诊疗装置的无线电能传输方案进行了研究。这些标着我国在无线电能传输技术的研究上的突破。

二、无线电能传输技术 1电磁耦合谐振输电技术

电磁耦合谐振无线输电技术理论首先由美国人Marin提出并进行研究，2007年7月其团队利用该理论成功将电能输送至2m远的地方，将60W的灯泡点亮，传输效率为40%。无线电能传输技术具有传输功率大、传输效率高、传输距离较远、方向性要求不高、对生物体影响不大等优点。到目前为止，国内外研究机构针对该技术已在系统建模、拓扑变换、阻抗匹配、电磁安全、标准制定等方面取得了很大的进展。电磁耦合谐振无线输充电系统框图如图1所示。 图1

电磁耦合谐振无线输电技术包括两个部分，分别为发射部分与接收部分，其中发射部分主要包括工频交流电源，整流器、逆变器、发射线圈等装置；而接收部分则包括接收线圈，整流装置，负载等装置。工频交流电源首先通过整流装置转变成直流电，然后利用逆变器将直流电逆变成具有谐振频率的交流电，通过耦合作用将电能从发射圈输送到接收圈，再将接受的电能转换满足负载所需要的电压与电流要求。

磁耦合谐振式的无线电能传输在距离高于一定的数值时，它的传输距离和传输效率会成反比，而低于这个数值时，它的传输效率会与传输距离成正比。 2感应式无线输电技术

感应式无线充电技术的基本原理是电磁感应原理，是利用电源侧线圈产生交变磁场，耦合到负载线圈，从而将电能传递给负载。感应式无线电能传输采用近场传输，在近场区只有电磁能量相互转换，在某个确定频率下，线圈工作在谐振频率点，因为原边和副边的谐振频率相同，所以能高效地传输能量。电磁感应无线输充电系统框图如图2所示。 图2

感应式输电技术以现代控制理论为理论基础，利用能量交换技术、磁场耦合


技术基于变压器的变形应用，实现能量从静止设备向可移动设备的非接触传递。通过一系列的电力电子变换技术在初级线圈中产生交流电流，经过空气间隙向次级辐射电磁波，从而实现能量的非接触传输，该系统可等效地看成一种松耦合变圧器，其与传统的变压器区别在于初级线圈与次级线圈有较大的空气磁路该项技术的优点在于原理简单，容易实现，近距离电能传输效率高，缺点是传输距离短，对位移和频率变化的稳定性差，对一次、二次传输线的形状和对齐方式要求较高，一旦出现相对位移，系统的传输效率会急剧下降。并且，随着传输距离的增大，能量传输的效率会减小。

3微波辐射无线电能传输技术

微波辐射无线电能传输技术，在1964年由雷神公司的William C.Brown利用微波技术进行直升机平台无线供电实验验证，并取得成功，随后他将微波能量束传输到1英里远处的接收站传输功率为30W。电场耦合无线充电系统框图如图3所示。 图3

所谓微波输电，就是用微波源把电能转变为微波，然后由天线发射出去；大功率的电磁射束通过自由空间后被接受天线收集，经微波整流器重新转变为电能。它的实质就是用微波束来代替输电导线，通过自由空间把电能从一处输送到另一处，微波辐射无线输电技术，由于微波的穿透性，使得微波可以穿透某些障碍物，可以适用于远距离的电能传输。但是大气中的空气介质有不稳定性，使得微波传输有不定向性，并且空气中的杂质和水蒸气会造成能量的大量损害，生物体吸收大量的微波也会影响生物体的发育和生长。 4电场耦合式无线电能传输

电磁干扰和金属障碍物阻碍能量传输的问题一直是制约电磁感应技术和磁耦合技术进一步发展的关键原因，而电场耦合电能传输恰好可以解决这个问题。电场耦合电能传输的原理是在发射能量侧和接收能量侧分别设置电极，利用金属板之间的电容效应来实现无线电能传输的，也叫做电容耦合式无线电能传输。这种传输方式有两个特点：(1)能量可以穿越金属障碍物。当极板间存在金属障碍物时，能量能够正常的穿越屏障完成传输，而不会像感应耦合方式那样被截断；(2)电磁干扰很低：因为电场只存在于两极板之间，系统中电磁干扰可以大大的减少。 结束语

无线电能传输技术是当今最为高端的智能技术之一，其应用场景较广，有着很高的应用价值。当前无线电能传输技术发展较好，但是该技术在大型高功率电子设备的应用还有待成熟。当然，就目前发展来看，无线电能传输技术在其他领域的应用也是一个大的趋势。 参考文献:

[1]傅含，张国忠，叶邯.磁耦合谐振式无线电能传输[J].山东工业技术，2017，（12）：160-161.

[2]黄润鸿，张波，朱喆.无线电能传输技术电磁环境研究综述[J].南方电网技术，2017，（11）：39-44.

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