無線電能傳輸技術(shù)的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用

張 璇

（新疆新聞出版廣電局節(jié)目傳輸中心6501臺，烏魯木齊 830000）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電能傳輸技術(shù)迎來了新革命。傳統(tǒng)的電能傳輸線路設(shè)備因容易損壞、傳輸安全性差等問題已無法滿足人們?nèi)粘；顒拥男枰?。無線電能傳輸技術(shù)作為將電力能量進(jìn)行無線傳輸?shù)男录夹g(shù)，擺脫了對導(dǎo)線的依賴，避免了傳統(tǒng)輸電方式帶來的危害，使用中更加安全可靠。目前，無線電能傳輸技術(shù)已應(yīng)用于智能家電領(lǐng)域，并取得了很好的效果，而無線電能傳輸技術(shù)在軍事、醫(yī)療領(lǐng)域中也具有廣闊的發(fā)展前景。因此，對于無線電能傳輸技術(shù)進(jìn)行研究還是很有必要的。

1 簡述無線電能傳輸技術(shù)

無線電能傳輸（Wireless Power Transmission，WPT）作為新型電能傳輸技術(shù)，主要依靠電磁場或電磁波傳輸能量?，F(xiàn)在的無線電能傳輸方式主要有三種：（1）電磁感應(yīng)式，其特點為傳輸距離短，傳輸效率較高；（2）磁耦合諧振式，其特點為傳輸距離適中，傳輸效率高；（3）電磁波輻射式，其特點為傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸效率較低。這三種主流的無線電能傳輸方式各有優(yōu)勢和不足。對電磁感應(yīng)式來說，它擁有較高的傳輸效率以及減少對材料使用的環(huán)保作用，但是傳輸距離太小，實用方面限制在厘米級別內(nèi)，傳輸效率易受位置的影響，還可能因異物進(jìn)入出現(xiàn)發(fā)熱問題。而磁耦合諧振式的優(yōu)點是傳輸效率高；傳輸過程中不受空間障礙物影響；輻射較小，對人體幾乎沒有危害，其缺點在于成本高，對硬件要求也高，受外界干擾會發(fā)生失諧從而不利于調(diào)試。電磁波輻射式具有傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點，但是現(xiàn)階段的傳輸效率過低，傳輸過程中遇見障礙物會中斷。

在目前的無線電能傳輸技術(shù)中，應(yīng)用最為廣泛的是磁耦合諧振式無線電能傳輸。磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)原理，結(jié)合現(xiàn)代電子電力能量變換技術(shù)和控制理論的新型電能傳輸模式，因其功率大，傳輸效率高，潛在的實用價值高的特點而引發(fā)專家學(xué)者關(guān)注。磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)的工作原理是采用兩個相同頻率的諧振物體，通過能量在這兩個物體間交互而產(chǎn)生了強(qiáng)大的耦合作用，并利用線圈和兩端的平板電容器組成諧振電路進(jìn)行能量傳輸。

2 無線電能傳輸技術(shù)的現(xiàn)狀與應(yīng)用

進(jìn)入21世紀(jì)以后，能源與環(huán)境是現(xiàn)代社會發(fā)展所要面對的問題，而無線電能傳輸技術(shù)能實現(xiàn)能源的高效利用。傳統(tǒng)的有線電能傳輸設(shè)備需要通過插頭和導(dǎo)線進(jìn)行工作，這種傳輸方式很容易因?qū)Ь€的磨損、裸露而發(fā)生事故，影響電氣設(shè)備的安全和使用。在礦井、油田的工作中，使用傳統(tǒng)的導(dǎo)線直接接觸供電容易發(fā)生摩擦而產(chǎn)生火花，從而引發(fā)爆炸，威脅工作人員的生命安全。在水下工作時，導(dǎo)線直接接觸供電還會構(gòu)成觸電的潛在威險。因此，無線傳輸技術(shù)的應(yīng)用擁有廣闊的市場。

2.1 醫(yī)療領(lǐng)域

醫(yī)療設(shè)備目前大多采用的是植入式電子系統(tǒng)，而植入式電子系統(tǒng)在發(fā)展中趨向復(fù)雜化，系統(tǒng)功耗也越來越大，植入式系統(tǒng)在短期工作中尚且能發(fā)揮作用，而對于長期工作，植入式系統(tǒng)會因電池續(xù)航不足無法滿足要求，而無線電能輸送技術(shù)可以改變植入式電子系統(tǒng)的充電方式，解決電能供應(yīng)問題。醫(yī)療領(lǐng)域主要應(yīng)用的是射頻電能傳輸技術(shù)（Radio Frequency Power Transmission，REPT），REPT技術(shù)能用于人工心臟的核電池充電，耳蝸植入裝置供電等。在醫(yī)療電子系統(tǒng)中，采用RFPT技術(shù)就能實現(xiàn)直接能量傳輸，利用體外與體內(nèi)兩個線圈之間的電磁耦合進(jìn)行電能輸送，還可以降低人體受感染的風(fēng)險。

2.2 航空領(lǐng)域

無線電能輸送技術(shù)已開始在航空領(lǐng)域得到應(yīng)用。MPT技術(shù)的發(fā)展改良了現(xiàn)有的空間太陽能發(fā)電，空間太陽能發(fā)電已開始利用微波向地面和衛(wèi)星傳輸電能。空間太陽能發(fā)電中的WPT技術(shù)在經(jīng)歷多階段發(fā)展后，發(fā)射、反射和接收技術(shù)也都取得了進(jìn)步。

2.3 水下領(lǐng)域

由于海水是良性導(dǎo)體，其電阻受頻率的影響，工作頻率提高，海水導(dǎo)電面積會減小電流通過電纜流通，因此水下電能傳輸?shù)墓β蕮p耗更大。無線電能傳輸技術(shù)在水下領(lǐng)域應(yīng)用時，可以把海水看作與原邊繞組同軸匝鏈的繞組，通過增加耦合來限制電流路徑，以此來減少耦合海水的損耗。

3 結(jié)束語

無線電能傳輸技術(shù)是一項具有發(fā)展?jié)摿Φ男录夹g(shù)。隨著無線電能傳輸技術(shù)的進(jìn)步，它開始在更多領(lǐng)域發(fā)揮作用，同時也發(fā)揮推動著社會發(fā)展的現(xiàn)實作用。在未來，無線電能傳輸技術(shù)將改變?nèi)祟惖纳罘绞剑谌肴祟惞ぷ魃?，迎來人類的無線時代。

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