无线电能传输技术研究

1无线电能传输技术的方式

1.1电磁感应无线电能传输技术

基于电磁感应原理的电能传输系统（ICPT）主要利用变压耦合器，借助磁场这一媒介，实现无线电能传输。该系统一般由四部分组成，分别是交流电源、一次侧变换器、可分离变压器和二次侧变换器。基于电磁感应原理的电能传输系统的耦合系统比较疏松，因此其传输能力一般，通常采用高频变换器作为一次侧变换器。可分离变压器是基于电磁感应原理的电能传输系统的最重要组成部分，整个系统的稳定性、高效性都由其保证。

1.2射频电能传输技术

射频电能传输技术（RadioFrequencyPowerTransmission，RFPT）主要通过功率放大器发射射频信号，然后通过检波、高频整流后得到直流电供负载使用。便携式终端（如手机、智能手表等）待机时会有损耗功率，将射频电能发射器装在室内的电灯等器具中，可随时给这些编写终端设备充电而不需要使用充电器。RFPT的优点是无线电能的传输距离较远，能达10m。其缺点是传输功率很小，为毫瓦级别，最高到百毫瓦级别。

1.3电磁共振技术

通过合理调节发射装置与接收装置的参数，使得发射线圈与接收线圈产生电磁共振，在该共振频率的电源驱动下系统可达到一种“电谐振”状态，从而实现能量在发射端和接收端高效的传递，该技术称为电磁谐振型电能传输技术（Electro-magneticResonantPowerTransmission，ERPT）.对ERPT技术的研究最早始于麻省理工学院的Soljacic助理教授，他在2006年利用自谐振线圈，在强耦合环境中通过实验验证了非辐射功率传输的可行性。该次实验过程中采用的ERPT技术传输距离是线圈的八倍左右。实验过程中点亮了一盏距离发射器2.13米60W的灯泡，其传输效率超过40%。

1.4微波电能传输

微波电能传输（MicrowavePowerTransmission，MPT）顾名思义是利用微波传输电能，其原理是将电能转化为微波，将其发射出去，从而辐射到整个周围空间，负载经过整流，将微波传化成直流电而使用。一般的微波电能传输技术的应用价值有限，原因是其传输距离比较短，一般不会超过10m，并且由于该方式传播的功率小，只适合于近距离内被较小供电的电器使用。2011年5月16日，居伊•皮尼奥莱在非洲留尼汪岛西南部的格朗巴桑大峡谷利用微波进行了长距离无线输电实验。发电机发出的电能首先由磁控管转变为电磁微波，再由微波发射器将微波束送出，40m外的接受器将微波束接收后由变流机转换为电流，然后将灯泡点亮，这一实验正是经典的微波电能传输试验。

1.5激光电能传输技术

激光输电技术则是利用受激辐射放大原理，将电能转换为激光，再将激光发射到接收装置，接收装置对其进行光电转换，接收装置一般是光伏电池。由于激光具有方向性好，传播距离远，能量集中等特点，传输效率高，可在某一小范围内集中采集大量光能。该方法具有传输距离远的优点，而且接收装置小、传输效率高，因此，微型飞行器、微小卫星、航天器等设备利用该种输电方法进行远程电力传输具有重大的应用价值。例如，可采用激光远程充电技术延长微型飞行器（MicroAirVehicle-MAV）的续航时间。2007年，欧洲宇航防务集团(EuropeanAeronauticDefenseandSpaceCompany--EADS)的工程师进行了激光远程充电的方法，此次试验的特点是传输距离远，达到了250米，试验船只为长度20cm的微型船----漫步者，在激光的了电力传输下，该船只运行良好。

2无线电能传输的主要应用领域及前景

2.1交通运输领域

在交通运输领域采用的是ICPT技术，主要应用于轨道机车和电动汽车的充电装置中。新西兰奥克兰大学所属奇思公司已将ICPT技术成功应用于Rotorua国家地热公园的30kW旅客电动运输车。无线电能充电装置已经成为无线电能传输的一个热门研究方向，而且正在逐步实用化。主要分为固定式和移动式两大方向。固定式在充电过程中车体保持不动，其传输距离和传输功率已经能够满足电动汽车底盘高度、电动汽车充电功率的要求。移动式电动汽车无线充电方式可以随时向行进中的电动汽车补充能量，因此可以减少相同运行里程条件下电动汽车所需的电池容量。

2.2医疗器械领域

无线电能传输技术对于医疗植入式电子设备的发展促进作用十分巨大，它改变了其供电方式。如心脏启博器的核电池，其充电方式一般采用ICPT和RFPT等进行体外能量传输。在医疗电子系统中，主要采取RFPT技术，通过体外与体内两个线圈之间的电磁耦合输送电能，主要有经皮能量传输和直接能量传输。但RFPT技术也有一定缺点，容易受其他电子设备发生干扰，所以超声波电能传递技术在医疗器械领域具有一定的优势和应用前景。

2.3便携通信领域

美国PowerCast公司以美国匹兹堡大学研发的无源型RFID技术为基础，开发出了电波接收型电能储存装置，该装置是通过射频发射装置传递电能。而SplashPower公司则开发出手机充电平台，该平台的技术基础是ICPT技术。香港城市大学的许树源教授也通过深入研究，研制出了基于ICPT的手机、MP3等便携式通信设备充电平台，并已开始进行成果转化。

3结论

文章探讨了无线电能传输的六种技术方式，分析了其大致原理及其优缺点，同时本文也分析了无线电能传输的应用领域和应用前景。对于该研究方向笔者认为前景良好，是21世纪的重要技术，将来一定会普及到人民大众的生活的层层面面。

作者：李宇 单位：艾伯资讯（深圳）有限公司