章文靜，劉 濱（江西洪都航空工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，江西南昌，330024）

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無(wú)線電能傳輸技術(shù)研究與應(yīng)用綜述

章文靜，劉 濱
（江西洪都航空工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，江西南昌，330024）

摘要：無(wú)線電能傳輸伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越成為相關(guān)領(lǐng)域科研人員研究的重點(diǎn)，在一些特殊的應(yīng)用中，無(wú)線電能傳輸技術(shù)具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，能夠?yàn)樵O(shè)備供電提供可靠性、安全性以及便捷性。文學(xué)行首先敘述了無(wú)線電能傳輸技術(shù)的發(fā)展及實(shí)現(xiàn)方式，在這一基礎(chǔ)上，闡述了當(dāng)前的幾種無(wú)線電能傳輸技術(shù)，并總結(jié)分析了其應(yīng)用領(lǐng)域。

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

0　引言

無(wú)線電技術(shù)在近幾年不斷的發(fā)展和改善過(guò)程中已成為未來(lái)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(wú)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(wú)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(guò)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(wú)線電能傳輸技術(shù)及發(fā)展

當(dāng)前，我國(guó)的無(wú)線電能傳輸技術(shù)還處于不斷的發(fā)展過(guò)程中。傳統(tǒng)電力傳輸技術(shù)必須依靠有線傳輸來(lái)進(jìn)行，通常采用電纜線來(lái)最為傳輸?shù)妮d體，但在電力傳輸過(guò)程中由于電線的長(zhǎng)度無(wú)法避免傳輸過(guò)程中電能損耗的產(chǎn)生，不僅如此，采用有線傳輸?shù)姆绞?，還會(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(wú)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(kāi)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(lái)了不便，同時(shí)也埋下了用電安全的安全隱患。

可見(jiàn)，采用無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)線電能傳輸技術(shù)

2.1電磁感應(yīng)無(wú)線電傳輸

電磁感應(yīng)無(wú)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(lái)進(jìn)行無(wú)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(lái)作為電磁感應(yīng)無(wú)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(guò)功率放大器來(lái)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(lái)供給負(fù)載使用。便攜式終端在待機(jī)過(guò)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(guò)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(wú)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(guò)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^(guò)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(guò)微波來(lái)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(guò)整流的方式，將微波再轉(zhuǎn)化為直流電來(lái)使用。通常微波電能傳輸技術(shù)的傳輸距離較短，且傳輸過(guò)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(lái)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(guò)輻射放大原理來(lái)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(guò)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(lái)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(wú)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(wú)線電能傳輸可以應(yīng)用到電動(dòng)汽車供電系統(tǒng)中的無(wú)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(wèn)題，同時(shí)也將電動(dòng)汽車的充電分散開(kāi)，在一定程度上也緩解了大量電動(dòng)汽車進(jìn)行規(guī)?；某浞烹妼?duì)于傳輸電網(wǎng)造成的沖擊。當(dāng)前，將無(wú)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(wú)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(lái)說(shuō)，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(wú)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(guò)智能互動(dòng)系統(tǒng)的連接來(lái)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(lái)的沖擊影響，與有線的充電方式相比較，無(wú)線充電方式將充電地點(diǎn)分散開(kāi)來(lái)，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(wú)物理連接，充電過(guò)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(lái)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(wú)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(lái)說(shuō)，采用無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)線充電等方式來(lái)進(jìn)行供電。在人體植入式設(shè)備中進(jìn)行非接觸式的無(wú)線電能傳輸是當(dāng)前研究的主要熱點(diǎn)，無(wú)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(lái)更換的問(wèn)題，降低了由于手術(shù)而帶來(lái)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(wú)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(guò)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?lái)進(jìn)行供電，造成設(shè)備無(wú)法正常使用及維護(hù)。而采用無(wú)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(wú)線電能傳輸技術(shù)經(jīng)過(guò)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(lái)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(guò)程中，同樣存在

較多的問(wèn)題需要解決，例如，理論不夠完善等。因此，在今后的發(fā)展過(guò)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(wú)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(lái)更多的便捷。

參考文獻(xiàn)

［1］黃學(xué)良，譚林林，陳中，等，無(wú)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(wú)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.

［3］張茂春，王進(jìn)華，石亞偉.無(wú)線電能傳輸技術(shù)綜述［J］.重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，10（20）：24-25.

Research and application of radio transmission technology

Zhang Wenjing，Liu Bin
（Jiangxi Hongdu Aviation Industry Refco Group Ltd， Jiangxi， Nanchang， 330024）

Abstract：Wireless power transmission with the development of science and technology， more and more become the focus of scientific researchers in the field of research，in some special applications，radio transmission technology has strong advantages，can provide the power to the equipment reliability，safety and convenience.Firstly，the development and Realization of radio transmission technology is described in the literature.On the basis of this，several radio transmission technologies are described， and their application fields are summarized.

Keywords：Radio transmission technology；Technical method research；Application； Review

作者簡(jiǎn)介

章文靜（1980-），女，江西玉山人，大學(xué)本科，工程師，江西洪都航空工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，研究方向：飛行試驗(yàn)技術(shù)。

劉濱（1979-），男，山東蓬萊人，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，江西洪都航空工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，研究方向：飛機(jī)航電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)。