中國(guó)民用航空華東地區(qū)空中交通管理局福建分局 邱志勇

無線電能傳輸技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)與技術(shù)瓶頸問題探究

中國(guó)民用航空華東地區(qū)空中交通管理局福建分局 邱志勇

我國(guó)在電氣領(lǐng)域的不斷發(fā)展，社會(huì)對(duì)于電能傳輸技術(shù)的需求越來越大，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步使得傳統(tǒng)的電能傳輸方式得到了優(yōu)化與改善，無線電能傳輸能夠通過發(fā)射機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為中繼能量，并能夠?qū)崿F(xiàn)跨地域的隔空傳播，因其在技術(shù)上的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，也使得無線電能傳輸技術(shù)的發(fā)展受到了諸多的關(guān)注，隨著我國(guó)對(duì)電力需求的不斷增大，在無線電能傳輸技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用上還需要進(jìn)一步探索，本文就無線電能傳輸技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)及技術(shù)瓶頸進(jìn)行分析，能夠系統(tǒng)性的總結(jié)當(dāng)前我國(guó)在無線電能傳輸方面的研究情況，從而為后續(xù)的研究提供一些幫助。

無線電能；傳輸技術(shù)；關(guān)鍵基礎(chǔ)；技術(shù)瓶頸

0 前言

無線電能傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電能之間非接觸的傳輸，這不僅能夠減少用電設(shè)備與電網(wǎng)之間在連接方面的繁瑣，加強(qiáng)了用電設(shè)備的安全性，同時(shí)也能夠最大程度的克服了外界環(huán)境與自身產(chǎn)品性能在電能傳輸過程中造成的波動(dòng)情況，從而提高了電能傳輸?shù)姆€(wěn)定性。無線電能傳輸技術(shù)有效突破了傳統(tǒng)供電模式中自身基礎(chǔ)技術(shù)薄弱的情況，并成為當(dāng)前在電氣領(lǐng)域發(fā)展的主流方向，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值潛力巨大，因而關(guān)于無線電能傳輸技術(shù)的發(fā)展也備受社會(huì)的矚目。但是，無線電能傳輸技術(shù)在研究的過程中，受到的障礙較多，存在諸多技術(shù)上的瓶頸，使得無線電能傳輸技術(shù)在應(yīng)用上較為局限，難以完全取代有線傳輸模式，只有對(duì)技術(shù)問題進(jìn)行攻克，集思廣益對(duì)技術(shù)瓶頸進(jìn)行分析，才能夠在明確研究的方向性，才能夠促進(jìn)技術(shù)的發(fā)展。

1 無線電能傳輸技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)

1.1 無線電能傳輸技術(shù)發(fā)送與接收的原理

當(dāng)前無線電能傳輸方式主要包括了電磁感應(yīng)耦合、磁諧振耦合、電場(chǎng)耦合以及微波、超聲波等，盡管傳輸?shù)姆绞捷^多，但是各自都擁有一定的局限性，如微波傳輸是當(dāng)前無線電能傳輸?shù)闹饕绞剑淠軌驅(qū)崿F(xiàn)傳輸范圍的擴(kuò)大，但是在傳輸效率上卻十分有限，因此，微波等無線電能傳輸只能夠在特殊的環(huán)境中應(yīng)用，又如磁諧振耦合傳輸模式，盡管其的傳播效率較為理想，但是在距離上則難以滿足于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)囊?。因此，在后續(xù)的研究中，應(yīng)當(dāng)注重對(duì)于無線電能傳輸基礎(chǔ)的發(fā)送與接收原理進(jìn)行突破，尋找到新的原理，從而將無線電能傳輸技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行集中[1]。

1.2 無線電能傳輸空間功率密度分布及傳遞

電路理論和耦合模理論是無線電能傳輸技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)，同時(shí)也是定量分析的主要方法。電路理論在實(shí)際的應(yīng)用中，能夠有效的解決傳輸功率與距離和系統(tǒng)參數(shù)之間的作用和聯(lián)系，而耦合模理論則有效解釋了磁諧振耦合傳輸?shù)那疤釛l件。但是在實(shí)際的應(yīng)用過程中，無線電能傳輸空間的功率的密度分布對(duì)于功率傳遞會(huì)產(chǎn)生一定的影響，然而其作用機(jī)理情況在當(dāng)前的研究還處于空白狀態(tài)，關(guān)于無線電能的傳輸空間功率密度的變化情況仍然需要進(jìn)一步的探索，只有明確了傳遞的作用機(jī)理，才能夠掌握無線電能傳輸空間中能量的變化規(guī)律情況，從而約束能量的變化，提高電能的傳輸效率[2]。

1.3 無線電能傳輸系統(tǒng)中頻率、距離以及功率的關(guān)系

電源頻率與傳輸距離是影響無線電能傳輸系統(tǒng)工作成效的重要影響因素，根據(jù)當(dāng)前最新的研究成果，感應(yīng)耦合式無線電能傳輸系統(tǒng)會(huì)因?yàn)榫嚯x的減少而表現(xiàn)出效率增大的情況。但是在磁諧振耦合式無線電能傳輸?shù)倪^程中，距離的減少不僅不會(huì)促使效率增大，反而還會(huì)造成效率的持續(xù)遞減。因此，要想能夠避免無線電能傳輸系統(tǒng)中功率的降低，則必須要從無線電的電源頻率角度出發(fā)，提高傳輸功率，形成頻率分裂的現(xiàn)象。大量的實(shí)踐證明，頻率、距離以及功率必須要確定最佳的傳輸位置點(diǎn)才能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)方面的平衡，才能夠充分發(fā)揮出無線電能傳播技術(shù)的作用[3]。

2 無線電能傳輸?shù)募夹g(shù)瓶頸

2.1 無線電能傳輸系統(tǒng)總體的技術(shù)集成

盡管無線電能傳輸系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值都較為可觀，其不僅安全穩(wěn)定，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)用電控制的智能化發(fā)展，但是無線電能傳輸?shù)男Ч麉s受到多方面因素的影響，如功率、距離以及外界干擾等，因此必須要建設(shè)無線電能傳輸系統(tǒng)，加強(qiáng)技術(shù)集成，從而提高適用性。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，提高系統(tǒng)傳輸效率。系統(tǒng)自身的損耗是在所難免的問題，減少和控制損耗是提高效率的方式，系統(tǒng)內(nèi)部的線圈電阻和高頻設(shè)備都會(huì)造成功率的損耗，因此，在器件設(shè)備的選擇和電路設(shè)計(jì)中要以降低損耗為原則，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)置的合理性，以此來實(shí)現(xiàn)功率的最低損耗[4]。

第二，通信跟蹤和交互的優(yōu)化。負(fù)載端在無線電能傳輸過程中的位置并非一成不變的，其有可能移動(dòng)到控制程序接受通信信息的范圍之外，為了保障發(fā)射端和接收端工作模式的一致，控制程序必須要經(jīng)常檢測(cè)負(fù)載端的位置，并對(duì)移動(dòng)中的負(fù)載端情況及工作模式進(jìn)行安排，但是這也造成了模式切換上的不便和技術(shù)障礙。因此，在后續(xù)的研究中，提高負(fù)載端位置通信跟蹤和交互將使得控制中心的程序大大簡(jiǎn)化，也能夠提高傳輸效率，增強(qiáng)傳輸穩(wěn)定性。

2.2 電磁兼容機(jī)頻段占用及產(chǎn)品技術(shù)問題

電磁兼容是實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備同時(shí)運(yùn)作的前提條件，但是在實(shí)際的傳輸過程中，電磁上通過以能量輻射等方式，造成對(duì)其他電氣設(shè)備運(yùn)作的干擾，高頻電磁場(chǎng)盡管作用和價(jià)值巨大，但是人類還無法完全的對(duì)其進(jìn)行掌控。根據(jù)當(dāng)前的研究結(jié)果，在發(fā)送源中，需要盡量的配合電磁場(chǎng)的特質(zhì)，通過電磁場(chǎng)來完成電能傳輸?shù)南嚓P(guān)任務(wù)，并需要格外注重在外界物質(zhì)進(jìn)入高頻電磁場(chǎng)中，避免磁場(chǎng)的整體、劇烈的波動(dòng)，以保證電氣設(shè)備的正常工作。

而在產(chǎn)品的技術(shù)方面，建立產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是提高產(chǎn)品技術(shù)層次最為有熊的方式，無線電能傳輸技術(shù)設(shè)計(jì)到諸多領(lǐng)域，這使得產(chǎn)業(yè)之間的合作與聯(lián)系更加密切，通過在生產(chǎn)、制造、運(yùn)營(yíng)以及監(jiān)督方面建設(shè)相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)應(yīng)用范圍的有效擴(kuò)大，同時(shí)我國(guó)還應(yīng)當(dāng)制定自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，能夠給予無線電能傳輸技術(shù)的發(fā)展良好的法律保護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)技術(shù)的不斷超越。

3 結(jié)語

綜上所述，無線電能傳輸技術(shù)具有十分良好的發(fā)展空間，但是技術(shù)問題仍然是限制其應(yīng)用最為主要的問題，本文聯(lián)系實(shí)際，對(duì)當(dāng)前的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，認(rèn)為未來的研究應(yīng)當(dāng)集中在無線電能傳輸原理研究、降低損耗、提高功率以及加強(qiáng)設(shè)備應(yīng)用等方面，需要進(jìn)一步加大技術(shù)研發(fā)，從而來推動(dòng)無線電能傳輸技術(shù)的良好發(fā)展。

[1]黃學(xué)良,王維,譚林林.磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)研究動(dòng)態(tài)與應(yīng)用展望[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2017,08(02):2-14.

[2]戴衛(wèi)力,費(fèi)峻濤,肖建康,等.無線電能傳輸技術(shù)綜述及應(yīng)用前景[J].電氣技術(shù),2010,04(07):1-6.

[3]陳文仙,陳乾宏.共振式無線電能傳輸技術(shù)的研究進(jìn)展與應(yīng)用綜述[J].電工電能新技術(shù),2016,08(09):35-47.

[4]王萌,黃睿,楊杰.基于磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)的原理及技術(shù)分析[J].電子技術(shù)與軟件工程,2015,04(04):146-147.