无线能量传输技术调研报告
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2010年，日本富士通公司利用磁谐振无 线电能传输技术实现为一个以上的设备充 电。实验结果显示无线传输距离大约在15 厘米左右，而且对多个设备充电时，设备 相对于充电器的位置没有任何限制。采用 这项技术研制的充电系统所需要的充电时 间只有当前的一百五十分之一。
无线能量传输技术实现
哈尔滨工业大学朱春波教授采用直 径50cm螺旋铜线圈串接电容的方 式构成谐振器，实现在0.7m距离时 传输23W的能量，在传输距离为 55cm时负载电压获得最大值，其 最高传输效率接近50%。
无线能量传输技术 调研报告
内容提要
1、无线能量传输技术理论简介 2、无线能量传输技术实现 3、无线能量传输中所存在的问题 4、总结和展望
无线能量传输技术理论
无线能量传输技术（WPT），顾名思义， 即以非接触的无线方式实现电源与用电 设备之间的能量传输。无线能量传输技 术不同于人们日常所看到的无线信号传 输技术（无线电等），后者主要关注的 是能否成功复原信号的信噪比这个参数， 而前者则更着重于传输能量的功率效率 参数。
无线能量传输技术实现
谐振磁耦合无线能量传输技术
MIT无线传能实验中发射谐振器和接收 谐振器是半径为3mm的铜线缠绕5.25圈、 线圈半径300mm、高度200mm，具备 分布式电感和电容特性的线圈型谐振器， 实验测得其谐振频率为9.90MHz。在谐振 器距离2m传输时传输效率约为40％，距 离为1m时传输效率可高达90％。
特别重要。在太空中，唯一的主要能源的是太阳能。所有其它的 能源，如燃料电池，电池组，核能，甚至可以吸收太阳能的天线 阵列都必须克服重力才能传输到太空中。但是微波供能方式将主 要的功率源置于地面．在太空中只留有占系统质量很小部分的滤 波和整流设备．从而避免了这个缺点。
无线能量传输技术理论
香港专业教育学院的研究人员对电磁感应、无线 电传输、谐振耦合三种无线能量传输方式进行了 比较，得到的比较表格如下所示。
无线能量传输技术理论
近区场通常具有如下特点： 1、近区场内，电场强度与磁场强度的大小没有确定的
比例关系。一般情况下，对于电压高电流小的场源(如 发射天线、馈线等)，电场要比磁场强得多，对于电压 低电流大的场源(如某些感应加热设备的模具)，磁场要 比电场大得多。 2、近区场的电磁场强度比远区场大得多。 3、近区场的电磁场强度随距离的变化比较快，在此空 间内的不均匀度较大。
无线能量传输技术理论
电磁辐射源产生的交变电磁场可分为性质不同的两个 部分，其中一部分电磁场能量在辐射源周围空间及辐 射源之间周期性地来回流动，不向外发射，称为感应 场；另一部分电磁场能量脱离辐射体，以电磁波的形 式向外发射，称为辐射场。
电磁辐射场根据感应场和辐射场的不同而区分为近区 场（感应场）和远区场（辐射场）。一般而言，以场 源为中心，在三个波长范围内的区域，通常称为近区 场，也可称为感应场；在以场源为中心，半径为三个 波长之外的空间范围称为远区场，也可称为辐射场。
在近场区一般采用谐振耦合或者电磁感应的模式进行 无线能量传输。
无线能量传输技术理论
1）谐振耦合无线能量传输
磁谐振耦合无线电能传输系统示意图 该模式下的运动方程为：
LC谐振电路
无线能量传输技术理论
负载从接收器吸收的有用功率： 系统的辐射功率： 发射器吸收的功率： 接收器吸收的功率： 外部干扰物体e吸收的功率： 系统的总功率： 外部存在物体干扰时的耦合强度：
输出能量 有效距离 控制水平 安全系数
便利性
电磁感应 几瓦至几百千瓦
≤1cm
无线电 几十毫瓦 几米范围
谐振耦合 最大几千瓦
几米范围
实现和控制都很简单
实现困难控制简单 实现和控制都很困难
可接受水平
取决于环境条件和技术手段 最为便利
一般水平
无线能量传输理论
虽然这些能量传输方式都可以实现能量的无线 传输，但是他们也都有其不可克服的缺点。例 如：电磁感应方式传输控制不好，在其范围内 的金属都会产生电磁感应消耗电源能量，另外 还会使设备的线路感应发热，严重时会损坏设 备；无线电方式问题主要在于其在能量传输过 程中能量损耗太大，传输效率太低；谐振耦合 方式安全实现问题比较严重，要想更好的实现 谐振耦合，需要传输频率在几兆到几百兆赫兹 之间，而这一段频率又是产生谐振最困源自文库的波 段。
无线能量传输技术理论
2）感应耦合无线能量传输
感应耦合无线电能传输系统电路简图 电路的阻抗传递公式矩阵表示为：
无线能量传输技术理论
远区场的主要特点如下： 1、在远区场中，所有的电磁能量基本上均以
电磁波形式辐射传播，这种场辐射强度的衰减 要比感应场慢得多。 2、在远区场，电场与磁场的运行方向互相垂 直，并都垂直于电磁波的传播方向。 3、远区场为弱场，其电磁场强度均较小 在远场区中，主要有两种无线能量传输的 技术：微波能量传输技术与激光能量传输技术。
无线能量传输技术理论
无线能量传输的特性 作为一种点对点的能量传输方式．WPT具有以下特点： l、能量源和耗能点之间的能量传输系统是无质量的 2、以光速传输能量 3、能量传输方向可迅速变换 4、在真空中传递能量无损耗 5、波长较长时在大气中能量传递损耗很小 6、能量传输不受地球引力差的影响 7、工作在微波波段．换能器可以很轻 这些特点绝大部分都是非常明显的．但是最后一个在空间应用中
2008年8月，Intel西雅图实验室的 Joshua R. Smith研究小组基于磁谐振 耦合无线能量传输技术开发出可为小型 电器充电的无线传能装置能够实现在 1m距离内给60W灯泡提供电能，效率 可达75%。
无线能量传输技术实现
美国匹兹堡大学孙民贵教授所领导的课题 组对体内植入电子器件的无线传能进行了 深入研究，他们采用薄膜型螺旋线圈谐振 器，实验中在20cm传输距离时传输效率 可达50%。
重庆大学自动化学院孙跃教授带领 的课题组，攻克了无线电能传输的关 键技术难题，建立了完整的理论体系， 研制出的无线电能传输装置能够输出 600W至1000W的电能，传输效率为 70%，并且能够向多个用电设备同时 供电，即使用电设备频繁增减，也不 会影响其供电的稳定性。
无线能量传输技术实现
哈尔滨工业大学朱春波教授采用直 径50cm螺旋铜线圈串接电容的方 式构成谐振器，实现在0.7m距离时 传输23W的能量，在传输距离为 55cm时负载电压获得最大值，其 最高传输效率接近50%。
无线能量传输技术 调研报告
内容提要
1、无线能量传输技术理论简介 2、无线能量传输技术实现 3、无线能量传输中所存在的问题 4、总结和展望
无线能量传输技术理论
无线能量传输技术（WPT），顾名思义， 即以非接触的无线方式实现电源与用电 设备之间的能量传输。无线能量传输技 术不同于人们日常所看到的无线信号传 输技术（无线电等），后者主要关注的 是能否成功复原信号的信噪比这个参数， 而前者则更着重于传输能量的功率效率 参数。
无线能量传输技术实现
谐振磁耦合无线能量传输技术
MIT无线传能实验中发射谐振器和接收 谐振器是半径为3mm的铜线缠绕5.25圈、 线圈半径300mm、高度200mm，具备 分布式电感和电容特性的线圈型谐振器， 实验测得其谐振频率为9.90MHz。在谐振 器距离2m传输时传输效率约为40％，距 离为1m时传输效率可高达90％。
特别重要。在太空中，唯一的主要能源的是太阳能。所有其它的 能源，如燃料电池，电池组，核能，甚至可以吸收太阳能的天线 阵列都必须克服重力才能传输到太空中。但是微波供能方式将主 要的功率源置于地面．在太空中只留有占系统质量很小部分的滤 波和整流设备．从而避免了这个缺点。
无线能量传输技术理论
香港专业教育学院的研究人员对电磁感应、无线 电传输、谐振耦合三种无线能量传输方式进行了 比较，得到的比较表格如下所示。
无线能量传输技术理论
近区场通常具有如下特点： 1、近区场内，电场强度与磁场强度的大小没有确定的
比例关系。一般情况下，对于电压高电流小的场源(如 发射天线、馈线等)，电场要比磁场强得多，对于电压 低电流大的场源(如某些感应加热设备的模具)，磁场要 比电场大得多。 2、近区场的电磁场强度比远区场大得多。 3、近区场的电磁场强度随距离的变化比较快，在此空 间内的不均匀度较大。
无线能量传输技术理论
电磁辐射源产生的交变电磁场可分为性质不同的两个 部分，其中一部分电磁场能量在辐射源周围空间及辐 射源之间周期性地来回流动，不向外发射，称为感应 场；另一部分电磁场能量脱离辐射体，以电磁波的形 式向外发射，称为辐射场。
电磁辐射场根据感应场和辐射场的不同而区分为近区 场（感应场）和远区场（辐射场）。一般而言，以场 源为中心，在三个波长范围内的区域，通常称为近区 场，也可称为感应场；在以场源为中心，半径为三个 波长之外的空间范围称为远区场，也可称为辐射场。
在近场区一般采用谐振耦合或者电磁感应的模式进行 无线能量传输。
无线能量传输技术理论
1）谐振耦合无线能量传输
磁谐振耦合无线电能传输系统示意图 该模式下的运动方程为：
LC谐振电路
无线能量传输技术理论
负载从接收器吸收的有用功率： 系统的辐射功率： 发射器吸收的功率： 接收器吸收的功率： 外部干扰物体e吸收的功率： 系统的总功率： 外部存在物体干扰时的耦合强度：
输出能量 有效距离 控制水平 安全系数
便利性
电磁感应 几瓦至几百千瓦
≤1cm
无线电 几十毫瓦 几米范围
谐振耦合 最大几千瓦
几米范围
实现和控制都很简单
实现困难控制简单 实现和控制都很困难
可接受水平
取决于环境条件和技术手段 最为便利
一般水平
无线能量传输理论
虽然这些能量传输方式都可以实现能量的无线 传输，但是他们也都有其不可克服的缺点。例 如：电磁感应方式传输控制不好，在其范围内 的金属都会产生电磁感应消耗电源能量，另外 还会使设备的线路感应发热，严重时会损坏设 备；无线电方式问题主要在于其在能量传输过 程中能量损耗太大，传输效率太低；谐振耦合 方式安全实现问题比较严重，要想更好的实现 谐振耦合，需要传输频率在几兆到几百兆赫兹 之间，而这一段频率又是产生谐振最困源自文库的波 段。
无线能量传输技术理论
2）感应耦合无线能量传输
感应耦合无线电能传输系统电路简图 电路的阻抗传递公式矩阵表示为：
无线能量传输技术理论
远区场的主要特点如下： 1、在远区场中，所有的电磁能量基本上均以
电磁波形式辐射传播，这种场辐射强度的衰减 要比感应场慢得多。 2、在远区场，电场与磁场的运行方向互相垂 直，并都垂直于电磁波的传播方向。 3、远区场为弱场，其电磁场强度均较小 在远场区中，主要有两种无线能量传输的 技术：微波能量传输技术与激光能量传输技术。
无线能量传输技术理论
无线能量传输的特性 作为一种点对点的能量传输方式．WPT具有以下特点： l、能量源和耗能点之间的能量传输系统是无质量的 2、以光速传输能量 3、能量传输方向可迅速变换 4、在真空中传递能量无损耗 5、波长较长时在大气中能量传递损耗很小 6、能量传输不受地球引力差的影响 7、工作在微波波段．换能器可以很轻 这些特点绝大部分都是非常明显的．但是最后一个在空间应用中
2008年8月，Intel西雅图实验室的 Joshua R. Smith研究小组基于磁谐振 耦合无线能量传输技术开发出可为小型 电器充电的无线传能装置能够实现在 1m距离内给60W灯泡提供电能，效率 可达75%。
无线能量传输技术实现
美国匹兹堡大学孙民贵教授所领导的课题 组对体内植入电子器件的无线传能进行了 深入研究，他们采用薄膜型螺旋线圈谐振 器，实验中在20cm传输距离时传输效率 可达50%。
重庆大学自动化学院孙跃教授带领 的课题组，攻克了无线电能传输的关 键技术难题，建立了完整的理论体系， 研制出的无线电能传输装置能够输出 600W至1000W的电能，传输效率为 70%，并且能够向多个用电设备同时 供电，即使用电设备频繁增减，也不 会影响其供电的稳定性。