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無線電能傳輸范文第1篇

關(guān)鍵詞：無線電傳輸技術(shù)；技術(shù)方法研究；應(yīng)用；綜述

引言

無線電技術(shù)在近幾年不斷的發(fā)展和改善過程中已成為未來十大尖端的技術(shù)之一。其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，當(dāng)前主要的幾種無線電能傳輸技術(shù)包括：電磁感應(yīng)技術(shù)、電磁共振技術(shù)以及微波電能傳輸?shù)取榱藷o線電傳輸技術(shù)能夠更好的發(fā)展，在實(shí)際的供電應(yīng)用過程中發(fā)揮最大的優(yōu)勢(shì)，提高設(shè)備供電系統(tǒng)可靠性及安全性，對(duì)當(dāng)前的技術(shù)原理及方法進(jìn)行詳細(xì)的了解并掌握，同時(shí)，關(guān)注其應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展前景是十分必要的。只有明確其發(fā)展方向，才能不斷對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和完善，下文就對(duì)此作一定的闡述。

1無線電能傳輸技術(shù)及發(fā)展

當(dāng)前，我國(guó)的無線電能傳輸技術(shù)還處于不斷的發(fā)展過程中。傳統(tǒng)電力傳輸技術(shù)必須依靠有線傳輸來進(jìn)行，通常采用電纜線來最為傳輸?shù)妮d體，但在電力傳輸過程中由于電線的長(zhǎng)度無法避免傳輸過程中電能損耗的產(chǎn)生，不僅如此，采用有線傳輸?shù)姆绞剑€會(huì)有線路老化或是尖端放電等導(dǎo)致電火花的安全隱患，設(shè)備供電的可靠性以及安全性都得不到有效的保障。另一方面，在一些特殊的供電場(chǎng)合，采用有線傳輸?shù)墓╇姺绞綗o法保證正常的供電，容易導(dǎo)致極大的事故造成損失，例如：海底、礦場(chǎng)等。同時(shí)，當(dāng)前的人類生活離不開電，用電設(shè)備多種多樣，不計(jì)其數(shù)，若采用電線傳輸，則必須使用多種多樣的電源線，給人們的生活帶來了不便，同時(shí)也埋下了用電安全的安全隱患。可見，采用無線電能傳輸方式是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，隨著科研技術(shù)的發(fā)展，無線電傳輸技術(shù)經(jīng)歷了激光、電磁感耦合以及磁場(chǎng)諧振等方式的轉(zhuǎn)變，不斷提高了電能的傳輸功率，對(duì)比有線傳輸，無線電能傳輸方式在對(duì)電磁環(huán)境有較高的要求且對(duì)功率的要求較低的場(chǎng)合能夠發(fā)揮出其優(yōu)勢(shì)。總之，隨著無線電能傳輸技術(shù)的研究和發(fā)展，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)大功率的電能傳輸，能夠適應(yīng)遠(yuǎn)、近距離等不同場(chǎng)合、不同功率需求的電能傳輸。

2幾類無線電能傳輸技術(shù)

2.1電磁感應(yīng)無線電傳輸

電磁感應(yīng)無線電能傳輸技術(shù)是基于電磁感應(yīng)原理的傳輸系統(tǒng)，以磁場(chǎng)作為媒介，利用變壓耦合器來進(jìn)行無線電能的傳輸。這一系統(tǒng)通常包括四個(gè)組成部分：交流電源、一次側(cè)變換器以及可分離變壓器及二次側(cè)變換器。但基于電磁感應(yīng)的電能傳輸系統(tǒng)其耦合系統(tǒng)是較為疏松的，傳輸能力也一般，因此，通常需要利用高頻變換器來作為電磁感應(yīng)無線電傳輸系統(tǒng)的一次測(cè)變換器。另外，這一系統(tǒng)中的可分離變壓器是最重要的構(gòu)成部分，保證和決定了整個(gè)電能傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定劑效率。

2.2射頻電能傳輸

射頻電能傳輸方式主要是通過功率放大器來發(fā)射所需的射頻信號(hào)，再進(jìn)行檢波、高頻整梳等步驟得到直流電來供給負(fù)載使用。便攜式終端在待機(jī)過程中依然會(huì)有功率的損耗，因此，將射頻電能發(fā)射器安裝在室內(nèi)電燈等電器中，能夠向這些便攜式終端隨時(shí)充電而不需要通過充電器的連接。這一電能傳輸技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是該技術(shù)進(jìn)行無線電能傳輸?shù)木嚯x較遠(yuǎn)，能夠達(dá)到10m，但功率較小，最高的功率也只能達(dá)到百毫瓦的級(jí)別。

2.3電磁共振技術(shù)

電磁共振是通過對(duì)發(fā)射裝置以及接收裝置其參數(shù)的合理調(diào)節(jié)，讓發(fā)射線圈以及接受線圈之間產(chǎn)生合理的電磁共振而進(jìn)行電能傳輸?shù)倪^程，在這一共振頻率電源的驅(qū)動(dòng)下，系統(tǒng)能夠達(dá)到電諧振的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)能量從發(fā)射端到接收端之間的高效傳遞，這一技術(shù)就被稱為電磁諧振型電能傳輸技術(shù)。

2.4微波電能傳輸技術(shù)

微波電能傳輸技術(shù)是指通過微波來傳輸電能，這一技術(shù)的原理是先將電能轉(zhuǎn)化為微波，將其發(fā)射并輻射到周圍的空間中，負(fù)載再通過整流的方式，將微波再轉(zhuǎn)化為直流電來使用。通常微波電能傳輸技術(shù)的傳輸距離較短，且傳輸過程的功率較小，因此，微波電能傳輸技術(shù)所具有的應(yīng)用范圍較窄，只適用于距離較短且供電較小的電器來使用。

2.5激光電能傳輸技術(shù)

激光電能傳輸技術(shù)是通過輻射放大原理來將電能轉(zhuǎn)化為激光，再將激光發(fā)射，接收裝置接收激光后進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，接收裝置通常是光伏電池。由于激光發(fā)射后的方向性較好，且傳播距離遠(yuǎn)、傳播過程中能量集中，具有較高的傳輸效率，能夠在較小的范圍內(nèi)集中采集較多的光能，因此，激光電能傳輸技術(shù)具有傳輸距離較遠(yuǎn)的有點(diǎn)，且接收裝置小、效率高，通常被應(yīng)用于微型飛機(jī)、航天器等設(shè)備中來進(jìn)行遠(yuǎn)程的電力傳輸，具有極大的應(yīng)用價(jià)值。對(duì)于微型飛行器等的續(xù)航具有重要意義。

3無線電能傳輸技術(shù)的應(yīng)用

3.1電動(dòng)汽車中的應(yīng)用

無線電能傳輸可以應(yīng)用到電動(dòng)汽車供電系統(tǒng)中的無線充放電中，有效解決了各類充電樁在電動(dòng)汽車中的建設(shè)問題，同時(shí)也將電動(dòng)汽車的充電分散開，在一定程度上也緩解了大量電動(dòng)汽車進(jìn)行規(guī)模化的充放電對(duì)于傳輸電網(wǎng)造成的沖擊。當(dāng)前，將無線電能傳輸技術(shù)應(yīng)用到電動(dòng)汽車中成為國(guó)內(nèi)各汽車生產(chǎn)商以及科研機(jī)構(gòu)的熱點(diǎn)研究項(xiàng)目，也取得了一定的成果。將無線電能傳輸技術(shù)應(yīng)用到電動(dòng)汽車中對(duì)于智能電網(wǎng)來說，具有積極作用。主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：首先，能夠有效一直可再生能源輸出及波動(dòng)，電動(dòng)車采用無線電充放電技術(shù)，與電網(wǎng)能夠產(chǎn)生更強(qiáng)的互動(dòng)，通過智能互動(dòng)系統(tǒng)的連接來自動(dòng)控制電動(dòng)汽車合理的進(jìn)行充放電，提高可再生能源消納能力。其次，能夠有效減少電動(dòng)車充放電對(duì)電網(wǎng)帶來的沖擊影響，與有線的充電方式相比較，無線充電方式將充電地點(diǎn)分散開來，有利于提高電動(dòng)汽車充電的聚集度，由于電動(dòng)汽車充放電與電網(wǎng)之間并無物理連接，充電過程也變得更具靈活性、安全性，分散連續(xù)充電也降低了快速充電，有效減輕電動(dòng)汽車的充放電對(duì)電網(wǎng)帶來的沖擊。另外，能夠有效的降低對(duì)于電池容量需求，電動(dòng)汽車行駛距離越長(zhǎng)，則電池就越容易失效，用戶必須及時(shí)更換新的電池。采用無線充電形式，能夠減少電池容量，降低更換電池所需的成本。

3.2智能家居中的應(yīng)用

隨著智能化技術(shù)的研究和發(fā)展，智能家居稱為近幾年的熱門話題，而對(duì)于智能家居中的家用電器來說，采用無線電能傳輸技術(shù)具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)，能夠擺脫傳統(tǒng)的充電線纜對(duì)電器互聯(lián)的限制，體現(xiàn)出了更大的便捷化、人性化，人們更加趨向于“無尾”家電的應(yīng)用。

3.3醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用

在醫(yī)療設(shè)備中，無線電能傳輸技術(shù)同樣能體現(xiàn)出較大的優(yōu)勢(shì)，主要是應(yīng)用與集中植入式的醫(yī)療設(shè)備中進(jìn)行無線供電，例如：心臟起搏器、全人工心臟等等。植入式的醫(yī)療設(shè)備通常所需的供電功率較小，適宜采用植入式電池的無線充電等方式來進(jìn)行供電。在人體植入式設(shè)備中進(jìn)行非接觸式的無線電能傳輸是當(dāng)前研究的主要熱點(diǎn)，無線電能傳輸在醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用主要具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：第一，避免導(dǎo)線與人體皮膚直接接觸，防止由于感染而出現(xiàn)并發(fā)癥；第二，避免植入式電池的電能耗盡之后需要進(jìn)行手術(shù)來更換的問題，降低了由于手術(shù)而帶來的二次傷害；避免人體皮膚直接進(jìn)行電氣連接，消除了意外點(diǎn)擊的安全隱患，消除了物理層面的磨損以及電氣腐蝕，具有較高的安全性、可靠性。

3.4工業(yè)中的應(yīng)用

將無線電能傳輸技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)中，具有廣闊的發(fā)展前景。在工業(yè)中的特殊場(chǎng)合中，例如設(shè)備監(jiān)測(cè)裝置、水下機(jī)器人等，在以往的供電過程中，即使這些特殊的場(chǎng)合也通常采用換電池或是電纜傳輸?shù)姆绞絹磉M(jìn)行供電，造成設(shè)備無法正常使用及維護(hù)。而采用無線電能傳輸技術(shù)能夠有效的克服這些缺點(diǎn)。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，無線電能傳輸技術(shù)經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，當(dāng)前能夠被應(yīng)用到許多領(lǐng)域中，為人們的生產(chǎn)生活帶來較大的方便，具有較高的安全性以及可靠性。但在其發(fā)展過程中，同樣存在較多的問題需要解決，例如，理論不夠完善等。因此，在今后的發(fā)展過程中，應(yīng)當(dāng)積極探索，不斷創(chuàng)新，在技術(shù)上取得突破，將無線電能傳輸技術(shù)進(jìn)一步完善，提高其供電效率和傳輸距離，為人們的生活帶來更多的便捷。

參考文獻(xiàn)

[1]黃學(xué)良，譚林林，陳中，等，無線電能傳輸技術(shù)研究與應(yīng)用綜述[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2013，10（26）：69-70.

[2]范興明，莫小勇，張?chǎng)?無線電能傳輸技術(shù)的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015，5（20):94-95.

無線電能傳輸范文第2篇

【關(guān)鍵詞】E類功放;最適頻率調(diào)節(jié);高效率;無線電能傳輸

一、引言

與傳統(tǒng)的電力傳輸不同，無線電能傳輸（Wireless Power Transmission，WPT）也稱無線電力傳輸或無線功率傳輸。它通過能量轉(zhuǎn)換和空間輻射來實(shí)現(xiàn)。WPT主要通過電場(chǎng)耦合、電磁感應(yīng)、磁共振、無線電波四種方式來實(shí)現(xiàn)非接觸式的電能傳輸，被美國(guó)《技術(shù)評(píng)論》雜志評(píng)選為未來十大科研方向之一。

近年來國(guó)內(nèi)外各研究機(jī)構(gòu)（如日本產(chǎn)學(xué)研國(guó)際中心，英國(guó)劍橋SplashPower公司），相繼研發(fā)出了短距離無線供電產(chǎn)品。美國(guó)的Powercast公司開發(fā)出的無線充電技術(shù)，可為各種耗電量相對(duì)較低的電子產(chǎn)品（如手機(jī)、汽車零部件）充電或供電。Powercast公司計(jì)劃推出數(shù)百萬(wàn)個(gè)無線充電器。該技術(shù)得到如此青睞，雖然目前在遠(yuǎn)距離、高效率仍處于瓶頸，但不久的將來一定會(huì)攻克，無線電能傳輸將開辟人類的一個(gè)新紀(jì)元。

在理解無線電能傳輸?shù)幕A(chǔ)上，本裝置采用E類功放完成能量轉(zhuǎn)換，發(fā)射與接收線圈以磁共振方式傳輸能量，非接觸式地為負(fù)載提供電能，以滿足擺脫移動(dòng)設(shè)備電源線的束縛，實(shí)現(xiàn)電能無線傳輸?shù)脑竿?/p>

二、基本原理

系統(tǒng)電路整體框圖如圖1所示，主要由前級(jí)能量變換裝置（和最適頻率自動(dòng)調(diào)節(jié)電路）通過空心線圈將能量傳送，和后級(jí)采用同樣空心線圈的接收能量裝置并對(duì)能量進(jìn)行合理轉(zhuǎn)化兩部分組成，兩個(gè)分離的電氣部分通過磁共振方式實(shí)現(xiàn)能量無線傳輸。本系統(tǒng)可分為4個(gè)模塊組成，下面分別詳細(xì)介紹每個(gè)模塊：

圖1 系統(tǒng)電路整體框圖

（一）能量變換模塊

E類功率放大器[1]是一種高效率的軟開關(guān)類功放，理想開關(guān)管的電流波形和電壓波形沒有重疊，不消耗功耗，所以理想E類功放的效率可達(dá)100%。E類功率放大電路前、后半周期原理圖如圖2所示，當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)諧振頻率：

品質(zhì)因數(shù)：

開關(guān)管斷開時(shí)：

品質(zhì)因數(shù)：

E類逆變器的開關(guān)頻率總是要滿足，對(duì)應(yīng)的有。L1為射頻扼流圈（一般取值大于10倍的L2），L2、C2構(gòu)成串聯(lián)諧振回路（本系統(tǒng)L2采用空心線圈），C1是場(chǎng)效應(yīng)管輸入電容，為分布電容和外界電容的總和（見圖2）。

（二）無線傳輸模塊

發(fā)送、接收模塊采用相同的LC諧振頻率以磁共振的方式進(jìn)行能量傳輸，相比其他方式，磁共振無需線圈間的位置完全吻合，即可實(shí)現(xiàn)能量高效長(zhǎng)距離傳輸。LC諧振有串、并聯(lián)兩種形式。由于發(fā)送模塊前級(jí)連接E類功放，所以發(fā)射模塊只能采用LC串聯(lián)形式，接收模塊則可以有兩種諧振方式，理論分析，接收模塊采用并聯(lián)LC諧振方式則后級(jí)近似為恒流源，采用串聯(lián)LC諧振方式則后級(jí)近似為恒壓源。

圖2 E類功放前（左）、后（右）周期原理圖

（三）最適頻率自動(dòng)調(diào)節(jié)模塊

采用磁共振方式無線傳輸，理論上需將開關(guān)頻率、發(fā)射、接收諧振頻率一致，但實(shí)際中，由于空心線圈、電容等器件誤差的存在和環(huán)境等因素的影響，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明，開關(guān)頻率需略低于發(fā)射、接收諧振頻率，效率才會(huì)達(dá)到最高點(diǎn)。結(jié)果證實(shí)，當(dāng)發(fā)射模塊的功率達(dá)到最大時(shí)，系統(tǒng)的效率最高。因此，本系統(tǒng)采用MCU檢測(cè)電路中的電壓、電流，通過閉環(huán)控制自動(dòng)尋找最適的開關(guān)頻率使得效率達(dá)到最，省去了接收模塊的MCU檢測(cè)模塊，進(jìn)一步防止了效率的損失。

（四）整流、濾波、斬波模塊

接收模塊經(jīng)LC諧振回路將發(fā)射模塊的能量接收，要根據(jù)不同負(fù)載的需求，選取適當(dāng)?shù)恼鳌V波、斬波電路[2]。不同的后級(jí)整流電路，因寄生電容等參數(shù)的存在，將改變接收模塊的LC諧振頻率，從而影響磁共振的無線傳輸效率[3]。

圖3 前級(jí)硬件原理圖

三、硬件電路實(shí)現(xiàn)

前級(jí)硬件原理圖如圖3所示，系統(tǒng)由15V直流電輸入，通過L1、L2、C1、C2以及MOS構(gòu)成的E類功放電路實(shí)現(xiàn)從直流到交流的逆變，L2、C2組成的諧振回路分別取值為72uH、11nF，L2采用0.1*200的李茲線繞制成直徑為20cm的空心線圈，C2采用2個(gè)22nF的100V耐壓值的CBB電容串聯(lián)，其串聯(lián)后耐壓值增加一倍，電容值為11nF，經(jīng)計(jì)算可知，系統(tǒng)

的諧振頻率約為179KHz。扼流電感L1采用鐵硅鋁材質(zhì)的磁環(huán)，繞制成1mH的電感。本設(shè)計(jì)采用TI公司的低功耗MCU--MSP430F6638控制UCC27211 MOS驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)MOS（CSD19531，VDS為100V，Id為105A，Rds（on）為7.7mΩ）。旁路電容C1的容值將決定電路的工作狀態(tài)，如果逆變器工作在最優(yōu)狀態(tài)，其輸出功率為最大值。結(jié)合MOS的寄生電容和經(jīng)過多次測(cè)量得知此設(shè)計(jì)最佳工作狀態(tài)下的C1的值為22nF。一般而言，線圈工作的工作頻率需要略低于其固有頻率，而開關(guān)頻率本系統(tǒng)采用通過輸入20mΩ的采樣電阻進(jìn)行電流采樣，INA282將采樣的差分信號(hào)放大50倍送往MCU，MCU處理輸入功率變化信息，不斷調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)MOS的PWM頻率至最適點(diǎn)，閉環(huán)控制使效率達(dá)到最高。

后級(jí)硬件原理圖如圖4所示，接收諧振電路L3、C3與發(fā)射諧振電路L2、C2取值、取材完全相同，目的是確保諧振頻率點(diǎn)完全相同。后級(jí)經(jīng)過全橋整流、電容濾波后給負(fù)載供電。

圖4 后級(jí)硬件原理圖

四、仿真與測(cè)試

用MATLAB-Simulink仿真[4]，對(duì)于不同的C1值仿真出現(xiàn)截然不同的結(jié)果，最終確定C1的最合適值為22uF，不同C1值對(duì)于的發(fā)射線圈波形見圖5。

圖5 不同C1值對(duì)應(yīng)發(fā)射線圈波形

本系統(tǒng)在無線傳輸距離為10cm、輸入直流電壓為15V、接收端輸出直流電流為0.5A時(shí)，硬件改變引起頻率自調(diào)節(jié)，整機(jī)效率最高可達(dá)75%。并可以點(diǎn)亮10個(gè)1W串聯(lián)的白色高亮LED，也能夠?qū)崿F(xiàn)單點(diǎn)發(fā)射、多點(diǎn)接收的功能。整機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 整機(jī)效率測(cè)試數(shù)據(jù)

自調(diào)節(jié)頻率（KHz） 187 188 189 190 191 192

輸入電壓（V） 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0

輸入電流（A） 0.50 0.52 0.61 0.57 0.51 0.59

輸出電壓（V） 10.23 11.15 13.75 12.66 10.41 13.02

輸出電流（A） 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50

效率（%） 68 71 75 74 69 73

五、結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)由基于E類功放的能量變換模塊、無線發(fā)送、接收模塊、最適頻率自動(dòng)調(diào)節(jié)模塊和整流、濾波、斬波模塊四部分組成，實(shí)物測(cè)試結(jié)果表明該電路可以高效率的實(shí)現(xiàn)無線電能傳輸，并能夠?qū)崿F(xiàn)單點(diǎn)發(fā)射、多點(diǎn)接收的功能。本設(shè)計(jì)為無限供電技術(shù)的進(jìn)一步推廣與應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)，為物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展提供支持，當(dāng)人類解開電線的束縛時(shí)，我們將迎來一個(gè)全新的世界。

參考文獻(xiàn)

[1]董佳興，薛新.高效E類功率放大器的設(shè)計(jì)[J].通信對(duì)抗，2006.

[2]王兆安，黃俊. 電力電子技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

無線電能傳輸范文第3篇

可能在不遠(yuǎn)的將來，用戶就有可能擺脫使用充電器充電、更換電池以及接家電設(shè)備電源線等麻煩。利用無線方式將電能傳輸?shù)剿卯a(chǎn)品的技術(shù)即將進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。技術(shù)之一稱為“非接觸式充電”，是一種只要將電子產(chǎn)品放在充電臺(tái)上就能充電的技術(shù)。目前，這種技術(shù)已經(jīng)在部分領(lǐng)域中得到應(yīng)用，包括電動(dòng)剃須刀、電動(dòng)牙刷、凈水器和無繩電話等。由于這種技術(shù)在增人功率等方面不斷取得進(jìn)展，也有可能應(yīng)用到于機(jī)等出貨量非常大的電子產(chǎn)品中。對(duì)于這種技術(shù)，NTTDoCoMo公司等日本和國(guó)際運(yùn)營(yíng)商都在積極從事研究開發(fā)工作。

同傳統(tǒng)的接觸式充電器相比，非接觸式充電的最大特點(diǎn)是充電臺(tái)可能“隨時(shí)隨地都存在”。例如，有些人提出在汽車儀表盤的低凹區(qū)、咖啡店的餐桌等處設(shè)置充電功能的想法。也可以考慮在地板、墻壁以及汽車房等處鋪上一層具有充電功能的薄片，列吸塵器、照明設(shè)備以及電動(dòng)汽車等進(jìn)行充電或者供電。在這樣的地方放置手機(jī)或者停放汽車時(shí)就可以開始充電。另外一種新技術(shù)的開發(fā)工作也在取得進(jìn)展，這種新技術(shù)可以使于機(jī)具有給其他人的手機(jī)充電的功能。

不僅是非接觸式充電，利用無線方式將電能發(fā)送給距離幾千米―幾米以外設(shè)備的技術(shù)也在開發(fā)之中。利用這種技術(shù)，不久，安裝在天花板上的小型照明設(shè)備、無線鍵盤與無線鼠標(biāo)和頭戴式受話器、以及便攜式電子產(chǎn)品和傳感器終端，都有可能在離開充電器的位置上進(jìn)行充電。至于最近的距離為幾米、并且可以傳輸人功率(高達(dá)幾kW)的最新技術(shù)，大概要過段時(shí)間才可能實(shí)現(xiàn)。

如果非接觸式充電以及無線傳輸電能方式得以實(shí)現(xiàn)，許多電子產(chǎn)品及終端會(huì)比以前更容易使用。

大約100年前電子技術(shù)問世時(shí)，就已經(jīng)開始利用無線力式向終端提供電能的技術(shù)研究，現(xiàn)在終于逐步取得成果，大約10年前又開始應(yīng)用到有限的用途上。預(yù)測(cè)認(rèn)為，在2007年下半年～2008年間，這種技術(shù)將陸續(xù)被普通手機(jī)或MP3等電子產(chǎn)品所采用。 例如，在歐洲市場(chǎng)上，從2007年第二季度開始，將推出手機(jī)“非接觸式充電系統(tǒng)”。這種系統(tǒng)所采用的技術(shù)，在充電器與終端之間不需要通過金屬端口連接，并且在幾毫米間隔的條件下就可以充電。在美國(guó)，摩托羅拉公司正在開發(fā)采用這種技術(shù)的手機(jī)。2007年2月，蘋果公司也提出了關(guān)于非接觸式充電器(而向該公司的iPod及iPhone等)的專利申請(qǐng)，顯示出對(duì)這種技術(shù)的高度關(guān)注。在日本，NTTDoCoMo公司正在積極推進(jìn)開發(fā)工作，并且已經(jīng)在2005年開發(fā)試制出第一部擁有無線充電功能的手機(jī)樣機(jī)。此外，與非接觸式充電技術(shù)不同，還有幾種可以向幾十厘米～幾米之問的終端提供電能的技術(shù)問世，其中一部分技術(shù)將在2007年內(nèi)應(yīng)用到照明設(shè)備領(lǐng)域中。

市場(chǎng)、技術(shù)及競(jìng)爭(zhēng)條件全部具備

最近，上述技術(shù)突然成為廠商以及研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)，原因在于市場(chǎng)擴(kuò)大、技術(shù)開發(fā)取得進(jìn)展、競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)滯后這3個(gè)條件已經(jīng)全部具備。市場(chǎng)擴(kuò)大，是指利用電池工作的便攜式終端的數(shù)量及種類正在日益增多。美國(guó)Powercast公司的CEO兼創(chuàng)始人John G Shearer指出：“人約7年以前，像現(xiàn)在這樣節(jié)省電能的筆記本電腦、可拍照手機(jī)、MP3等都還沒有出現(xiàn)。直到最近，利用無線供電才漸漸有了現(xiàn)實(shí)性。”據(jù)悉，該公司已開發(fā)出一種相關(guān)技術(shù)。

利用無線方式傳輸電能的技術(shù)正在迅速發(fā)展。例如，關(guān)于非接觸式充電技術(shù)，實(shí)際接收功率與發(fā)送功率的比值，以前僅為10-20％，最近1、2年迅速提高到60％以上。精工愛普生公司指出，這種技術(shù)在原理上與電磁爐相同，如果功率損耗太大，將直接導(dǎo)致終端異常發(fā)熱。因此，在效率很低的情況下，充電頻率很高的手機(jī)等電子產(chǎn)品無法應(yīng)用此技術(shù)。除了非接觸式充電技術(shù)以外，新開發(fā)的技術(shù)還有：功率比較小，但最遠(yuǎn)可將電能傳輸?shù)酱蠹s10m以外終端的技術(shù)；另一種是目前還沒有應(yīng)用實(shí)例、可用無線方式提供電能的新技術(shù)。

另一方面，電池技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)接近極限，迄今為止，電池技術(shù)一直推動(dòng)著便攜式電了產(chǎn)品的普及，并且是無線供電技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。最近幾年，電池沒有取得重大技術(shù)進(jìn)展，預(yù)測(cè)認(rèn)為，今后除非燃料電池投人實(shí)際應(yīng)用，否則，容量不可能急劇擴(kuò)增。

即使每個(gè)電子產(chǎn)品的電池壽命沒有變化，但隨著每個(gè)用戶擁有的便攜式終端的數(shù)量增多，為終端充電的麻煩將日益引起用戶的不滿。因此，許多廠家以及服務(wù)運(yùn)營(yíng)商開始考慮采用無線方式的供電技術(shù)，這可以減少電池充電及更換的麻煩，或者減小某些場(chǎng)合使用的電池體積。

三類無線技術(shù)晶有希望

現(xiàn)在已經(jīng)問世的無線供電技術(shù)，根據(jù)其電能傳輸原理，大致上可以分為三類。第一類是非接觸式充電技術(shù)所采用的電磁感應(yīng)原理，這種非接觸式充電技術(shù)在許多便攜式終端里應(yīng)用日益廣泛。這種類型中，將兩個(gè)線圈放置于鄰近位置上，當(dāng)電流在一個(gè)線圈中流動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的磁通量成為媒介，導(dǎo)致另一個(gè)線圈中也產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。

第―類是最接近實(shí)際應(yīng)用的一種技術(shù)，它直接應(yīng)用了電波能量可以通過天線發(fā)送和接收的原理。這和100年前的礦石收音機(jī)原理基本相同：直接在整流電路中將電波的交流波形變換成直流后加以利用，并不使用放大電路等。同以前相比，這種技術(shù)的效率得到提高，并正在推動(dòng)廠商將其投入實(shí)際應(yīng)用。

第三類是利用電磁場(chǎng)的諧振方法。諧振技術(shù)在電子領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但是，在供電技術(shù)中應(yīng)用的不是電磁波或者電流，而只是利用電場(chǎng)或者磁場(chǎng)。2006年11月，美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)物理系助理教授Marin Soljacic的研究小組全球首次宜布了將電場(chǎng)或者磁場(chǎng)應(yīng)用于供電技術(shù)的可能性。

得益于RF ID的進(jìn)展

在上述三類技術(shù)中，電磁感應(yīng)型和電波接收型這兩類技術(shù)最近的發(fā)展都得益于RF ID技術(shù)的進(jìn)展。例如，90年代中期的13.56MHz頻段的非接觸式IC卡是電磁感應(yīng)型，在很短時(shí)間內(nèi)為中國(guó)香港特別行政區(qū)幾百萬(wàn)市民所采用。隨后，又迅速擴(kuò)展到剃須刀、手表、電動(dòng)汽車的充電器等應(yīng)用。

UHF頻段等通信距離達(dá)到幾米的RFID，不僅接收電波，而且利用其能量驅(qū)動(dòng)集成電路或者存儲(chǔ)器工作，并可向讀卡器發(fā)送電波。針對(duì)這種技術(shù)，還開發(fā)了正向電壓降非常小的肖特基勢(shì)壘二極管。Powercast公司開發(fā)的電波接收型以美國(guó)匹茲堡大學(xué)的技術(shù)為基礎(chǔ)，而該大學(xué)的技術(shù)是一種無源型RFID。

預(yù)測(cè)認(rèn)為，上述兩種技術(shù)在2007年-2008年很可能出現(xiàn)多種應(yīng)用實(shí)例，導(dǎo)致今后的便攜式終端發(fā) 生重大變化。Powercast公司銷售和市場(chǎng)執(zhí)行總裁Keith Kressin解釋說：“不僅現(xiàn)有的通信終端制造廠商前來咨詢我們的技術(shù)，服飾生產(chǎn)廠商及醫(yī)療設(shè)備廠商也都來咨詢。”

另外，諧振型所利用的電場(chǎng)或者磁場(chǎng)是近場(chǎng)電磁場(chǎng)，其基礎(chǔ)是近場(chǎng)光和光通信技術(shù)、光學(xué)晶體以及位變材料等新領(lǐng)域的研究開發(fā)工作。

根據(jù)功率和距離區(qū)別使用

基于三種原理的技術(shù)，所能夠發(fā)送的距離和功率各不相同，其主要的使用方法電不相同。電磁感應(yīng)型能夠發(fā)送的功率非常大，最大達(dá)到幾百KW，但是，發(fā)送器能夠發(fā)送的距離僅為1cm以下。因此，在便攜式應(yīng)用中，基本上還必須用電池，其主要作用是減少充電時(shí)的麻煩。不過，日本橫浜國(guó)立大學(xué)工學(xué)部電子信息工程專業(yè)教授河村篤男認(rèn)為：“有可能應(yīng)用到為汽車及無軌電車充電方面。”東京大學(xué)副教授高宮真則認(rèn)為：“有可能利用鋪滿大面積非接觸式電源薄片的餐桌、地板或者墻壁直接向PC、電視機(jī)、吸塵器以及裝飾性照明設(shè)備等供電。”

電波接收型的最大發(fā)送距離長(zhǎng)達(dá)10m，但是，能夠接收的功率很小，只有幾mW-100mW。因此，其主要用途是在便攜式終端中提供待機(jī)時(shí)消耗的功率。然而，Powercast公司的Shearer聲稱：“對(duì)于手機(jī)來說，有可能將5小時(shí)的可連續(xù)通話時(shí)間延長(zhǎng)到10小時(shí)。”如果將電能發(fā)送器裝入室內(nèi)的電燈等器具中，可能不需要特意將便攜式終端放置于充電器上就可以進(jìn)行充電，從而大大減輕用戶的負(fù)擔(dān)。

此外，關(guān)于諧振型無線傳輸電能技術(shù)，其電能發(fā)送距離可以達(dá)到3m-4m，而且，可以發(fā)送高達(dá)幾LkW的大功率。因此，麻省理工學(xué)院的Soljacic認(rèn)為：“可以沿著市鎮(zhèn)內(nèi)以及高速公路上設(shè)置的柵欄安裝無線，利用天線直接向無軌電車或者汽車等供電。在工廠，可以通過天花板直接向自動(dòng)化設(shè)備供電。這些場(chǎng)合都不再需要使州電池。”

很多問題有待解決

但是，要實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)還必須解決許多問題。例如，關(guān)于電磁感應(yīng)型技術(shù)，如果充電器不具有認(rèn)證對(duì)方設(shè)備身份的功能，就有可能對(duì)放在充電臺(tái)上的所有金屬片傳輸電能。如果對(duì)方設(shè)備不具備相應(yīng)的接收電能的電路，就會(huì)成為被加熱的物體，這種情況非常危險(xiǎn)。另外，在終端設(shè)備的次級(jí)線和電路之間也需要進(jìn)行屏蔽。電波接收型的問題是功率傳輸效率低，因?yàn)榘l(fā)送器所輸出的大部分功率都以電波的形式丟失。但是，Powercast公司的Shearer反駁說：“在電視臺(tái)播送電視節(jié)目等場(chǎng)合，損耗的功率遠(yuǎn)比電波接收型多。”實(shí)際上，發(fā)送器的輸出功率必須遵守電波管理法規(guī)，容許輸出的最大功率是幾瓦，所損耗的功率就和一個(gè)一直點(diǎn)亮的小燈泡差不多。

諧振型的最大問題是如何確保所使用的頻率。在幾米的距離內(nèi)發(fā)送電能所需要的頻率是幾MHz-幾百M(fèi)Hz頻段，這恰巧是一個(gè)最難以共用的頻段。

現(xiàn)在，利用無線方式傳輸電能的三種方法的開發(fā)狀況各不相同。

電磁感應(yīng)型方法已經(jīng)在無繩電話等設(shè)備出投入實(shí)際應(yīng)用，目前，面向手機(jī)的非接觸式充電器，正在積極開發(fā)2W～3W級(jí)的供電技術(shù)。在日本，相應(yīng)的手機(jī)產(chǎn)品最早可能在2008年下半年上市。

電波接收型已經(jīng)在美國(guó)的動(dòng)物園等地采用，也許在2008年會(huì)應(yīng)用到各種便攜式終端中。至于諧振型，仍然處于在大學(xué)進(jìn)行研究開發(fā)的階段。但是，正積極從事諧振型研究的麻省理工學(xué)院明確表示，試制系統(tǒng)樣機(jī)預(yù)定在2008年完成。

電磁感應(yīng)型手機(jī)首先進(jìn)入商用設(shè)計(jì)階段

幾種無線供電技術(shù)中，電磁感應(yīng)型正在廣泛領(lǐng)域里進(jìn)行技術(shù)開發(fā)。特別是在日本，手機(jī)制造廠商及相關(guān)元器件生產(chǎn)廠商的技術(shù)開發(fā)工作非常活躍。

關(guān)于手機(jī)的電磁感應(yīng)型非接觸式充電器，松下移動(dòng)通信公司技術(shù)部產(chǎn)品開發(fā)中心產(chǎn)品設(shè)計(jì)一部經(jīng)理奧肩之表示：“基本方式的研究已經(jīng)結(jié)束。現(xiàn)在正進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)階段。”在這一階段，并不進(jìn)行具體終端的開發(fā)工作，而是探討解決商業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)及批量生產(chǎn)時(shí)可能出現(xiàn)的技術(shù)問題。

手機(jī)非接觸式充電器開發(fā)廠商以裝入便攜式設(shè)備的程度，各家公司都采用了細(xì)導(dǎo)線。為了減少這時(shí)的損耗，先將若干根導(dǎo)線擰制成多股線，然后再卷繞成線圈使用。預(yù)先將導(dǎo)線擰制成多股線的目的是為了減少相鄰導(dǎo)線之間產(chǎn)生的寄生電容，以降低損耗。例如，日本東光公司使用多股線繞制成初級(jí)和次級(jí)線圈，多股線由24根直徑0.08mm的銅絲捆扎而成。明日香電子公司也是采用擰制成多股線的銅絲。

下一個(gè)問題是ID認(rèn)證，這是只柏在充電臺(tái)和特定的手機(jī)對(duì)應(yīng)時(shí)才能實(shí)現(xiàn)充電功能的機(jī)制。通過分別集成在充電臺(tái)和于機(jī)中的控制芯片相互交換的幾十位ID信息，可以防止給未經(jīng)認(rèn)證的設(shè)備或者其他物體充電。這可減少對(duì)誤置于充電臺(tái)上的便攜式設(shè)備進(jìn)行充電的事故，并且減少充電臺(tái)被非法盜用的危險(xiǎn)。

各家公司在充電臺(tái)和手機(jī)之間交換ID信息的方法并不一樣，但是，關(guān)于信號(hào)的調(diào)制方式，有可能采用幅度調(diào)制或者相位調(diào)制。所使用的數(shù)據(jù)是8位或者64位，有的廠商采用128位。至于認(rèn)證所需要的時(shí)間，在精工-愛普生公司開發(fā)的樣機(jī)中是200ms。

不容許靈敏度惡化

電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的磁通量對(duì)于于機(jī)RF電路形成的影響也要設(shè)法抑制。因?yàn)槌潆姇r(shí)交流電源的某些頻率有可能成為電磁噪聲泄漏到手機(jī)RF電路中。例如，當(dāng)手機(jī)在充電過程中出現(xiàn)用戶接聽電話等情況時(shí)，就有可能產(chǎn)生電磁噪聲。奧啟之強(qiáng)調(diào)說：“當(dāng)手機(jī)進(jìn)行單區(qū)段電視接收、GPS、W-CDMA或者GSM等各種無線通信時(shí)，都要求在充電過程中靈敏度不致下降。”

在設(shè)計(jì)終端時(shí)，必須在次級(jí)線圈的周圍設(shè)置屏蔽。另外，考慮到用戶可能會(huì)同時(shí)使用多種無線通信功能，各廠商準(zhǔn)備以大量的通信功能組合進(jìn)行電磁噪聲的試驗(yàn)。

位置對(duì)準(zhǔn)問題

充電時(shí)，充電臺(tái)和終端的位置對(duì)準(zhǔn)問題也要解決。當(dāng)初級(jí)端線圈的中心軸和次級(jí)端線圈中心軸的位置一致時(shí)，初級(jí)端對(duì)于次級(jí)端的電能供給效率最高。但是，當(dāng)兩個(gè)中心軸的位置略有偏差時(shí)，效率就會(huì)下降。因此，手機(jī)制造商采取了措施，只有當(dāng)線圈所處的位置能夠得到足夠的效率，充電指不燈(發(fā)光二極管)才點(diǎn)亮。

據(jù)了解，線圈等元器件生產(chǎn)廠商針對(duì)這個(gè)問題采取的對(duì)策將會(huì)成為競(jìng)爭(zhēng)的重要武器，有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的差異化。例如，明日香電子公司開發(fā)的技術(shù)，據(jù)稱在中心軸偏離±5mm的情況下仍然能繼續(xù)保持60％左右的效率。這種技術(shù)采用了對(duì)初級(jí)端線圈的磁通量方向等進(jìn)行控制的方法。

東京大學(xué)研究小組為了減少位置對(duì)準(zhǔn)偏差所產(chǎn)生的影響，正在研 究增加初級(jí)線圈數(shù)量并且提高密度的方法。據(jù)稱，在對(duì)1個(gè)次級(jí)線圈設(shè)置9個(gè)初級(jí)線圈的情況下，效率可以控制在22％～46％的范圍內(nèi)。而在初級(jí)和次級(jí)線圈分別為1個(gè)的情況下，效率的變化范圍很大，達(dá)到0％-60％。此外，英國(guó)Splashpower公司使線圈產(chǎn)生的磁通量與終端的設(shè)置面平行。該公司解釋說，使初級(jí)線圈實(shí)現(xiàn)自由旋轉(zhuǎn)，可以自動(dòng)地設(shè)定線圈位置，將次級(jí)線圈和初級(jí)線圈經(jīng)常保持在最適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀?/p>

同時(shí)提供數(shù)據(jù)通信功能

電磁感應(yīng)型是為手機(jī)充電器開發(fā)的。精工一愛普生公司已經(jīng)試制出一種非接觸式充電系統(tǒng)，同時(shí)可以進(jìn)行最高速度為96Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，可應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、MP3等數(shù)字內(nèi)容的收發(fā)。明日香電子公司正在考慮，將來的產(chǎn)品在具有充電功能的同時(shí)，還擁有和USB2.0相當(dāng)?shù)?80Mbps的數(shù)據(jù)傳輸功能。

此外，作為未來的技術(shù)，廠商正在研究電能雙向傳輸?shù)募夹g(shù)，可供手機(jī)之間共享電能。因此，目前供初級(jí)端線圈使用的控制芯片需要實(shí)現(xiàn)小型化等。

電波接收型不需選擇頻率即可接收電能

預(yù)測(cè)認(rèn)為，電波接收型在2007年也將有幾款產(chǎn)品上市。與電磁感應(yīng)型不同，目前表示要將這種技術(shù)投入商業(yè)應(yīng)用的只有Powercast公司。據(jù)稱，該公司正同幾個(gè)廠商進(jìn)行共同開發(fā)。

采用分立元器件構(gòu)成的電能接收電路的電路板尺寸比較小，“不包括放大器時(shí)，電能發(fā)送端的電路尺寸僅為接收端電路的一半左右。如果和RF電路共用放發(fā)器，可以節(jié)約更大的空間。下一款模塊計(jì)劃制成集成電路，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)小型化。”

收集周圍的電波加以利用

由于電路本身簡(jiǎn)單，盡管現(xiàn)在采用分立元器件構(gòu)成，但足，電路印制板的尺寸仍然比較小。對(duì)于具體技術(shù)細(xì)節(jié)，Powercast公司并沒有透露，不過，在該公司的專利申請(qǐng)書中提到，名為“電能接收電路(power harvesting circuit)”的電路和該公司匹茲堡大學(xué)研究室在2003年取得的專利非常相似(見圖2)。該電路除了沒有使用起選臺(tái)作用的諧振電路線圈以外，同不帶放大器的調(diào)幅收音機(jī)的接收電路類似。其中，整流二極管采用了肖特基勢(shì)壘二極管。關(guān)于這項(xiàng)技術(shù)，Powercast公司解釋說，最重要的是降低電路損耗等，再加上某種“逆向思維”。該公司的Shearm補(bǔ)充道：“在使用載波傳遞信息的收音機(jī)中，由諧振電路抽取特定頻率的載波，然后再把其余的合棄。我們不抽取載波，而利用寬帶電波的能量。”據(jù)稱，除了發(fā)送器發(fā)射的電波以外，當(dāng)位于電視臺(tái)及廣播電臺(tái)的發(fā)射塔附近時(shí)，也可以利用那些電波的能量。

現(xiàn)在設(shè)計(jì)的發(fā)送器電路將采用UHF頻段(902MHz-928MHz)的頻率。但是，該公司表示：“根據(jù)用途及各個(gè)地區(qū)電波管理法規(guī)的差異，我們計(jì)劃開發(fā)ISM頻段(2.4GHz頻段)以及調(diào)幅收音機(jī)等的中頻頻段、供調(diào)頻和電視機(jī)使用的VHF頻段和UHF頻段的模塊。”

效率大約是50％

Shearer解釋說，該公司的技術(shù)有兩種應(yīng)用方法：一種用法是對(duì)無線鍵盤或者無線話筒等直接供給電能，還有一種是對(duì)電池進(jìn)行涓流充電，然后利用存儲(chǔ)的電能。根據(jù)這兩種不同的用法，在電能接收電路中分別采用輸出阻抗不同的電路。在直接供給電能的情況下，輸出阻抗很低，而在涓流充電情況下，則利用10kU2左右的高輸出阻抗。

之所以這樣做，是因?yàn)樵谥苯庸┙o電能的情況下，需要確保同微處理器等電能消耗端的電路阻抗匹配，并且保持一定的電流值等。但是，在進(jìn)行充電的情況下，確保很高的輸出電壓值就變得特別重要。Shearer表示：“電能接收電路可能得到天線所接收電能的50％左右。例如，在輸出阻抗的情況下，如果天線接收到1mW的電能，在充電電池中就可積累2.093V、438uW的電能。”

但是，這是相對(duì)于接收端天線所接收到的能量的利用效率，而相對(duì)于發(fā)送端天線所輸出功率的利用效率則要小得多。

通信距離取決于天線

Powercast公司指出，這種技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域是手機(jī)和小型無線通信終端群，也包括便攜式產(chǎn)品，但是，筆記本電腦卻不太合適。Shearer解釋道：“判斷適用不適用的標(biāo)準(zhǔn)，不單是電池的容量大小，還包括待機(jī)時(shí)間是否長(zhǎng)于使用時(shí)間。”即使工作時(shí)消耗的電能很多，但如果待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，就能有足夠的時(shí)間充電。

據(jù)介紹，電能的傳輸距離，在使用非定向天線的情況下大約是幾厘米～幾十厘米，但是，如果使用定向天線，可能達(dá)到10m以上。現(xiàn)在開發(fā)的天線采用長(zhǎng)度大約15cm的偶極天線。該公司認(rèn)為：“在天線技術(shù)方面，我們沒有花費(fèi)多大的成本。如果精心制做天線，電能傳輸距離應(yīng)該能達(dá)到20m。”

諧振型取代無軌電車的導(dǎo)電弓

諧振型是利用電場(chǎng)或者磁場(chǎng)的諧振傳輸電能的技術(shù)，這是在2006年11月的新技術(shù)。雖然其效果在理論及計(jì)算機(jī)模擬演示中都得到了確認(rèn)，但是，樣品制造還有很多工作要做。

實(shí)現(xiàn)諧振型的關(guān)鍵之一，是在電場(chǎng)情況下，天線所用電介質(zhì)的介電常數(shù)必須非常高(幾十～100以上)，并且介電損耗必須盡可能地小。例如，可用的材料有TiO(介電常數(shù)96)、BaTi409(介電常數(shù)37)、LiTa(介電常數(shù)40)等。在電場(chǎng)情況下，還必須對(duì)圓板激活特定的振蕩模。當(dāng)圓板周圍的振蕩模為m＝2或3時(shí)，耦合最強(qiáng)。

在磁場(chǎng)情況下，需要將環(huán)形天線的一部分制成電容器的形狀，并且依照環(huán)形本身的電感構(gòu)成LC諧振器。這樣，Q值可達(dá)到1000以上，而且，絕大部分電能都被諧振天線吸收。因此，可在幾米的距離內(nèi)傳輸幾千瓦的功率，這是在同樣利用磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)型中所不能實(shí)現(xiàn)的。

受距離和天線尺寸之比的制約

還有一個(gè)關(guān)鍵是，(與產(chǎn)生振蕩時(shí)的頻率相同的電磁波的波長(zhǎng))與D(無線之間的距離)和r(天線的半徑)之比應(yīng)當(dāng)大致保持一定。在電場(chǎng)情況下，改變振蕩模或者天線的介電常數(shù)，這個(gè)比值就會(huì)發(fā)生變化；在磁場(chǎng)情況下，改變諧振器的L或者c值，這個(gè)比值也會(huì)發(fā)生變化。例如，環(huán)形天線的電容器縫隙減小時(shí)，靜電容就會(huì)變大，頻率將會(huì)下降。然而，因?yàn)槭窃诮鼒?chǎng)中的諧振現(xiàn)象，所以，波長(zhǎng)必須充分大于天線之間的距離，而且，天線的半徑不得比天線之間的距離小太多。

上述特點(diǎn)既是優(yōu)點(diǎn)也是缺點(diǎn)。麻省理工學(xué)院的Soljacic指山，優(yōu)點(diǎn)是諧振效果同系統(tǒng)的尺寸本身無關(guān)。天線的尺寸越大，則傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，而且，也可以應(yīng)用于MEMS等小元件之間電能的收發(fā)。與電波收發(fā)所用的天線不一樣，諧振型天線可以利用遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于波長(zhǎng)的小型天線，而且不必介意極化波。

其缺點(diǎn)足，在電能傳輸距離相同時(shí)，難以自由地縮小天線的尺寸，或者大幅度改變振蕩頻率。例如，為了確保3m的電能傳輸距離，必須使用直徑60cm左右的天線，因此需要使用IOMHz-幾十MHz的頻率。如果傳輸距離是30m，天線的尺寸需要6m左右，而頻率就變成幾MHz。因?yàn)榭倳?huì)有‘些能量以電波的形式泄漏出去，所以，與現(xiàn)有無線電系統(tǒng)共用時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)問題。

磁場(chǎng)強(qiáng)度與地磁相當(dāng)

無線電能傳輸范文第4篇

【關(guān)鍵詞】 無線電傳輸技術(shù) 現(xiàn)狀 應(yīng)用

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)無線電傳輸技術(shù)的質(zhì)量有了更高的要求。傳統(tǒng)的電能傳輸技術(shù)已經(jīng)暴露了諸多問題，比如說導(dǎo)線接觸產(chǎn)生的火花、碳積累及帶電導(dǎo)體等。無線電傳輸技術(shù)是一種用無線電能傳輸?shù)囊环N新技術(shù)，與傳統(tǒng)的傳輸技術(shù)相比，無線電傳輸技術(shù)不需要用導(dǎo)線之間相連，這就避免了有線傳輸技術(shù)帶來的那些問題，具有更加安全、高效、方便的優(yōu)勢(shì)。近些年來，無線電傳輸技術(shù)已經(jīng)在眾多領(lǐng)域應(yīng)用，產(chǎn)生了非常好的效果，特別是在軍事、石油、礦井、醫(yī)療等領(lǐng)域中的應(yīng)用。因此，對(duì)無線電傳輸技術(shù)進(jìn)行研究是非常有意義的課題。

一、無線電傳輸技術(shù)簡(jiǎn)述

無線電能傳輸 （Wireless Power Transmission，WPT）又稱無線電力傳輸，非接觸電能傳輸，是通過發(fā)射器將電能轉(zhuǎn)換為其他形式的中繼能量（如電磁場(chǎng)能、激光、微波及機(jī)械波等），隔空傳輸一段距離后，在通過接收器將中繼能量轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)無線電能傳輸。現(xiàn)有的無線能量傳輸技術(shù)主要有三種形式：（1）電磁感應(yīng)技術(shù)；（2）電磁耦合共振技術(shù)；（3）基于微波或光波的原場(chǎng)輻射技術(shù)。

電磁感應(yīng)耦合式無線輸電系統(tǒng)是基于一種電磁感應(yīng)耦合理論、現(xiàn)代電力電子能量變換技術(shù)及控制理論的新型電能傳輸模式。無接觸電能傳輸系統(tǒng)屬于疏松耦合系統(tǒng)，傳輸性能一般較差。為了提高系統(tǒng)的傳輸能力，初級(jí)變換器通常采用高頻變換器。可分離變壓器是無接觸電能傳輸系統(tǒng)的最重要組成部分，它的性能對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效起著至關(guān)重要的作用。發(fā)射端和接受端之間是利用電磁感應(yīng)耦合的方式來傳遞能量的。電磁耦合共振式無線輸電系統(tǒng) 中程無線輸電方式是基于電磁共振耦合原理，利用非輻射磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)電能高效的傳輸。其原理是基于2個(gè)電磁波在滿足規(guī)定條件的情況下，在同一波導(dǎo)（腔體）的不同電磁波的模式之間或不同波導(dǎo)（或腔體）的同一電磁波模式之間可以發(fā)生耦合諧振的現(xiàn)象，通過理論分析計(jì)算或?qū)嶒?yàn)的方法選擇耦合模參數(shù)，利用強(qiáng)磁場(chǎng)耦合共振方式使能量在收發(fā)2 個(gè)諧振腔之間有效傳輸。遠(yuǎn)場(chǎng)輻射式無線輸電系統(tǒng) 遠(yuǎn)場(chǎng)一般指遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于裝置尺寸的幾千米以上的傳輸距離。只要合理設(shè)計(jì)接收機(jī)形狀，采用高精度定向天線或高質(zhì)量的平行激光束就可 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳能。 通過無線電波可以在微波范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)能量定向傳輸，接收端采用硅整流二極管天線可將微波能量轉(zhuǎn)換回電能。

二、無線電傳輸技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)用

電磁感應(yīng)技術(shù)一般適用于距離比較近、功率比較低的傳輸系統(tǒng)中；電磁共振技術(shù)通常在距離適度、功率中等的條件下適用；基于微波或光波的原場(chǎng)輻射技術(shù)一般在功率比較大、傳輸距離比較遠(yuǎn)的環(huán)境中適用。近些年來，隨著各種便攜式設(shè)備和電器的應(yīng)用，采用有線的技術(shù)，既不安全，也容易磨損。特別在一些比較特殊的領(lǐng)域，有線傳輸?shù)奈：Ω螅热缯f礦山礦井、石油、孤立的島嶼以及自然環(huán)境惡劣的環(huán)境中等。因此，無線傳輸技術(shù)具有極大的應(yīng)用市場(chǎng)。

1、醫(yī)療領(lǐng)域。無線電傳輸技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用改變了醫(yī)療領(lǐng)域植入式電子系統(tǒng)的供電方式。如心臟啟博器的核電池，其充電方式一般采用ICPT和RFPT等進(jìn)行體外能量傳輸。在醫(yī)療電子系統(tǒng)中，主要采取RFPT技術(shù)，通過體外與體內(nèi)兩個(gè)線圈之間的電磁耦合輸送電能，主要有經(jīng)皮能量傳輸和直接能量傳輸。隨著植入式系統(tǒng)的復(fù)雜化，系統(tǒng)的功耗越碓醬螅對(duì)于短期植入式系統(tǒng)，電池完全可以勝任，如膠囊內(nèi)窺鏡。但對(duì)于長(zhǎng)期植入式系統(tǒng)往往不能滿足要求。無線和光電供電能解決上述問題。

2、航空領(lǐng)域。無線電傳輸技術(shù)在航空航天領(lǐng)域已經(jīng)開始得到應(yīng)用。MPT技術(shù)的發(fā)展也推動(dòng)了空間太陽(yáng)能發(fā)電和衛(wèi)星技術(shù)的革新。空間太陽(yáng)能電站發(fā)出的電能可通過微波向衛(wèi)星和地面?zhèn)鬏旊娔堋？臻g太陽(yáng)能電站中的WPT技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了很多的階段發(fā)射反射和接收技術(shù)等得到了很大的發(fā)展。

3、水下領(lǐng)域。水下高頻功率傳輸損耗是關(guān)鍵問題。由于海水是優(yōu)良導(dǎo)體，其電阻隨著頻率的增長(zhǎng)而增加。隨著工作頻率的提高，海水導(dǎo)電面積減小電流主要從電纜流通。海水作為導(dǎo)體損耗增加。在研究水下電能傳輸時(shí)可將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減小耦合海水的損耗。

結(jié)語(yǔ)：無線電傳輸技術(shù)是一種用無線電能傳輸?shù)囊环N新技術(shù)，與傳統(tǒng)的傳輸技術(shù)相比，無線電傳輸技術(shù)不需要用導(dǎo)線之間相連，這就避免了有線傳輸技術(shù)帶來的那些問題，具有更加安全、高效、方便的優(yōu)勢(shì)。隨著無線電傳輸技術(shù)的發(fā)展，它可以在更多領(lǐng)域得到普及和應(yīng)用，這對(duì)于促進(jìn)社會(huì)進(jìn)行發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]戴衛(wèi)力，費(fèi)峻濤，肖建康，范新南.無線電能傳輸技術(shù)綜述及應(yīng)用前景[J].電氣技術(shù)，2010，（7）.

無線電能傳輸范文第5篇

關(guān)鍵詞：無線；電力傳輸；技術(shù)；建筑

無線電力傳輸就是利用無線電的手段，將由發(fā)電廠制造出來的電力轉(zhuǎn)換成為無線電波發(fā)送出去，再通過特定的接收裝置將無線電波收集起來并轉(zhuǎn)換為電力，供人們使用。最早提出并設(shè)計(jì)成功無線電力傳輸?shù)目茖W(xué)家是著名的物理學(xué)家特斯拉，利用特斯拉線圈（一種分布參數(shù)高頻共振變壓器）可以獲得上百萬(wàn)伏的高頻電壓。 特斯拉線圈的線路和原理都非常簡(jiǎn)單，現(xiàn)在稱之為大功率高頻傳輸線共振變壓器，特斯拉把地球作為內(nèi)導(dǎo)體，地球電離層作為外導(dǎo)體，通過他的放大發(fā)射機(jī)，使用這種放大發(fā)射機(jī)特有的徑向電磁波振蕩模式，在地球與電離層之間建立起大約8赫茲的低頻共振，利用環(huán)繞地球的表面電磁波來傳輸能量。

這一系統(tǒng)與現(xiàn)代無線電廣播的能量發(fā)射機(jī)制不同，而與交流電力網(wǎng)中的交流發(fā)電機(jī)與輸電線的關(guān)系類似，當(dāng)沒有電力接收端的時(shí)候，發(fā)射機(jī)只與天地諧振腔交換無功能量，整個(gè)系統(tǒng)只有很少的有功損耗，而如果是一般的無線電廣播，發(fā)射的能量則全部在空間中損耗掉了。2007年6月，麻省理工大學(xué)的物理學(xué)助理教授馬林?索爾賈希克（Marin Soljacic）和他的研究團(tuán)隊(duì)公開做了一個(gè)演示。他們給一個(gè)直徑60厘米的線圈通電，6英尺（約1.9米）之外連接在另一個(gè)線圈上的60瓦燈泡被點(diǎn)亮了。這種馬林稱之為“WiTricity”技術(shù)的原理就是“磁耦合共振”，他將特斯拉有生之年因沒有財(cái)力實(shí)現(xiàn)的這一主張變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。這種方案不僅可行，而且效率極高，對(duì)生態(tài)安全，并且不會(huì)干擾無線電通信。

日本2008年2月15日，將一種無需插頭與電源線且不直接接電源就能充電的新型混合動(dòng)力汽車在日本投入試運(yùn)行，用于東京雨田機(jī)場(chǎng)航站之間的旅客運(yùn)輸。該汽車?yán)秒姶鸥袘?yīng)原理及電能轉(zhuǎn)換等技術(shù)用無線的方式實(shí)現(xiàn)充電，只需停在設(shè)置在路面的電源線圈的正上方就能給汽車內(nèi)的鋰電池快速充電。該車最高時(shí)速為80km/h，如果僅使用電力運(yùn)行，充電一次可行駛約15km。更廣范圍的應(yīng)用研究計(jì)劃在2015年前后將其投入到居民生活當(dāng)中。

在2010CES展會(huì)上，海爾推出了一款無尾電視，正是應(yīng)用了無線電力傳輸技術(shù)，只不過大范圍的電力技術(shù)涉及到世界范圍內(nèi)的能量廣播和免費(fèi)獲取，在現(xiàn)有的政治和經(jīng)濟(jì)體制下，無人實(shí)際問津這種技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。

在建筑物內(nèi)以常規(guī)電能為主，以生物質(zhì)能、太陽(yáng)能、風(fēng)能互補(bǔ)為輔可以構(gòu)成多動(dòng)力源系統(tǒng)，因所述能源技術(shù)可以方便實(shí)現(xiàn)，故在此不再對(duì)能源構(gòu)成贅述。根據(jù)現(xiàn)有電能無線傳輸技術(shù)的應(yīng)用結(jié)論，利用小功率無線電能傳輸裝置，在建筑物內(nèi)實(shí)現(xiàn)電力無線傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)思路。

在建筑物內(nèi)可使用多功能家用電器無線供電“膜片”對(duì)家用電器供電。這是一種新型的家用電器無線供電方式，用一片圖書大小的柔軟塑料膜片就可對(duì)家電進(jìn)行無線供電――該特制塑料膜上面印刷有半導(dǎo)體感應(yīng)線圈，厚度約1mm、面積約20cm2、重約50g，可以貼在桌子、地板、墻壁上，可為圣誕樹上的LED、裝飾燈、魚缸水中的燈泡或小型電機(jī)供電。使用前家用電器需要裝上可接收電能的感應(yīng)線圈，然后放到相應(yīng)位置即可得到無線供電。

這種薄膜電源由四層塑料薄膜組成，從下到上依次是電導(dǎo)可控的有機(jī)晶體管，感測(cè)兼容電子設(shè)備接近的銅線圈、接通或斷開電源的MEMS開關(guān)、傳送電能的銅線圈。當(dāng)電器進(jìn)入薄膜2.5cm范圍內(nèi)，最靠近的MEMS開關(guān)接通電源，電感線圈就利用電磁感應(yīng)向設(shè)備供電。試驗(yàn)驗(yàn)證，扣除發(fā)熱損耗的情況下能量轉(zhuǎn)換率可達(dá)62.3%，可轉(zhuǎn)送30W電力（如果加大膜片尺寸可達(dá)100W）。據(jù)稱該無線供電膜片將自行判斷電器所在位置，在居室空間的較大范圍內(nèi)可隨意放置。在無電源線的吸塵器、筆記本電腦以及家用機(jī)器人等的應(yīng)用方面有廣闊前景。

目前，無線電電力供給有三種方式：電磁感應(yīng)性（利用電流通過線圈產(chǎn)生磁力實(shí)現(xiàn)近程無線供電）、電波接受型（電力轉(zhuǎn)換成電波近程無線供電）、磁場(chǎng)共鳴型（利用磁場(chǎng)等共鳴效應(yīng)近程無線供電），實(shí)驗(yàn)證明：利用“電磁共振耦合”原理，電磁共振的能量流失少。

我們有理由相信：“在通過了效率性、安全性的比對(duì)測(cè)試，確認(rèn)均不存在問題的情況下，就可以穩(wěn)步推動(dòng)家電產(chǎn)品無線化進(jìn)入高效安全的實(shí)用化階段了。”

業(yè)內(nèi)專家分析認(rèn)為，在解決了能效轉(zhuǎn)化效率、電磁人體輻射安全的情況下，無線供電方式將能夠有效解決家庭布線、家電固定化、居室墻面、景觀破壞等問題，為人們的生活提供更多的便利。同時(shí)，還將在大量節(jié)省布線所用的銅、塑料以及人力等資源方面發(fā)揮顯著作用。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 魏紅兵等.電力系統(tǒng)中無線電能傳輸?shù)募夹g(shù)分析.《西南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）》 2009年09期