浅谈无线电能传输的发展趋势

浅谈无线电能传输的发展趋势

作者：李晨晨

来源：《科教导刊·电子版》2013年第36期

摘要文章叙述了无线电能传输的概念和发展历程，着重对电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式三种无线电能传输进行了分析。同时，也总结概括了无线电能传输对我国经济发展的优势以及发展前景。

关键词无线电能传输能量传输感应电能

中图分类号：TM472 文献标识码：A

1无线电能传输的概念及优势

无线电能传输（Wirelss Power Transmission——WPT）是指借助于一种特殊的设备将电源的电能转变为电磁场或电磁波等无线传播的能量，在接收端又将无线能量转变回电能进行传递的一种技术。无线输电分为：电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式。电磁感应可用于低功率、近距离传输；电磁共振适于中等功率、中等距离传输；电磁辐射则可用于大功率、远距离传输。

传统的直接接触式电能传输存在例如产生接触火花，影响供电的安全性和可靠性，甚至引起爆炸，造成重大事故等弊端。同时，近年来，一些便携式电器如笔记本电脑、手机、音乐播放器等移动设备都需要电池和充电。电源电线频繁地拔插，既不安全，也容易磨损，并且错综复杂的电线既限制了设备移动的灵活性，又影响了环境的美观。一些充电器、电线、插座标准也并不完全统一，这样既造成了浪费，也形成了对环境的污染。无线电能传输技术有效克服了传统导体物理接触传输方式带来的磨损、火花、不灵活等一系列缺点和不足，目前得到了广泛关注和研究。

同时随着能源问题的突出，怎样能最好地利用现有的能源，已经越来越多地引起人们的重视和关注，无线电能传输技术作为新型的电能传输技术，是实现能源高效利用的重要途径之一。

2无线电能传输技术分类

到目前为止，根据电能传输原理，无线电能传输可以分为以下三类：（1）电磁感应式，通过一个线圈给另外一个线圈供电，虽然具有传输效率高的优点，但传输距离被限制在厘米级范围内，效率受位置偏差的影响较大，还存在当异物进入时会发热和高频波泄露等问题。这种非接触式充电技术在许多便携式终端里应用日益广泛。（2）谐振耦合式，发射和接收装置通过磁场或电场建立的传输通道相互耦合，在谐振频率下传输效率达到最大，适合用于中等距离的无线电能传输；谐振技术在电子领域应用广泛，但是，在供电技术中应用的不是电磁波或者

电流，而只是利用电场或者磁场。（3）以微波的形式，通过发射和接收天线进行能量的传输，虽然具有传输距离远的优点，但不能跨越障碍物，且传输效率极低，它直接应用了电磁波能量可以通过天线发送和接收的原理。

这三种无线电能传输方式中，电磁谐振耦合无线电脑传输的传输距离适中，传输效率很高，很好地解决了传输效率和传输距离不可兼得的矛盾。

3无线电能传输技术原理

3.1基于变压器的疏松耦合非接触式的无线电力传输

非接触电能传输系统利用疏松感应耦合系统和电力电子技术相结合的方法，实现了电能的无物理连接传输。它将系统的变压器紧密型耦合磁路分开，初、次级绕组分别绕在具有不同磁性的结构上，实现在电源和负载单元之间进行能量传递而不需物理连接。其一次侧、二次侧之间通过电磁感应实现电能传输，因气隙导致的耦合系数的降低由提高一次侧输入电源的频率加以补偿。

3.2基于电磁辐射的无线电力传输

对无线电能传输来说，能量传递的效率是最重要的。因此，方向性强、能量集中的激光与具有类似性质的微波束是值得考虑的选择。但激光光束在空间传输易受到空气和尘埃的散射，非线性效应明显，且输出功率小，因此微波输能成为首选。微波输能，就是将微波聚焦后定向发射出去，在接收端通过整流天线把接收到的微波能量转化为直流电能。

3.3基于强耦合磁谐振实现的无线电力传输

辐射性传输，虽然完全适合于传输信息，但是将其应用于电能传输却会引起很多的困难：如果辐射是全方向性的，则电能传输效率会十分的低；如果是定向辐射，也要求具有不间断可视的方位和十分复杂的追踪仪器设备，而磁谐振却没有这么复杂。

强耦合磁谐振下的电能传输效率。在耦合谐振系统（如声音、电磁、磁、核等）里，经常会产生“强耦合”运行状态。如果处于给定系统中的这种状态，谐振体之间的能量交换则可期望达到很高的效率。如果不考虑周围空间的结构，并且在干涉损耗和散失在周围环境中的损耗很低时，中等距离的能量传输用这种方法可以在接近全方向的状态下实现并达到很高的效率。

4总结

我国东西部经济发展的差距日益扩大，资源分布不平衡的矛盾日益突出。一些边远山区、牧区、高原、海岛，人口稀少，居住分散，交通不便，经济落后，那里缺乏常规能源，又远离大电网，严重影响当地经济发展。这种情况下，利用微波输能技术，可以解决电网的死角。输电工程最关心的是效率和经济性。无线电能传输的效率取决于微波源的效率、发射/接收天线

的效率和微波整流器的效率。其经济性如何，依赖于所用频段的微波元器件的价格与有线输电系统所用器材价格的比较，也与具体的输电网络的参数有关系。

除了关心经济和效率以外，还要对大功率微波对环境和身体健康可能造成的影响进行研究，需保证如下方面：（1）传输微波能流密度不能对电离层产生明显扰动；（2）必须保证不干扰日常通信；（3）地面整流接收站不能对飞机等交通工具及周围的生物体（如鸟类、居民等）产生不良作用。

参考文献

[1] 张茂春，王进华，石亚伟.无线电能传输技术综述[J].重庆工商大学学报：自然科学版，2009，26（5）.

[2] 宋显锦，韩如成，宋晓鹏.无线电能传输的发展历史与应用现状[J].山西财经大学学报：高等教育版，2010（1）.