无线电能传输

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无线电能传输范文第1篇

关键词：无线电传输技术；技术方法研究；应用；综述

引言

无线电技术在近几年不断的发展和改善过程中已成为未来十大尖端的技术之一。其应用领域十分广泛，当前主要的几种无线电能传输技术包括：电磁感应技术、电磁共振技术以及微波电能传输等。为了无线电传输技术能够更好的发展，在实际的供电应用过程中发挥最大的优势，提高设备供电系统可靠性及安全性，对当前的技术原理及方法进行详细的了解并掌握，同时，关注其应用领域及发展前景是十分必要的。只有明确其发展方向，才能不断对这一技术进行改进和完善，下文就对此作一定的阐述。

1无线电能传输技术及发展

当前，我国的无线电能传输技术还处于不断的发展过程中。传统电力传输技术必须依靠有线传输来进行，通常采用电缆线来最为传输的载体，但在电力传输过程中由于电线的长度无法避免传输过程中电能损耗的产生，不仅如此，采用有线传输的方式，还会有线路老化或是尖端放电等导致电火花的安全隐患，设备供电的可靠性以及安全性都得不到有效的保障。另一方面，在一些特殊的供电场合，采用有线传输的供电方式无法保证正常的供电，容易导致极大的事故造成损失，例如：海底、矿场等。同时，当前的人类生活离不开电，用电设备多种多样，不计其数，若采用电线传输，则必须使用多种多样的电源线，给人们的生活带来了不便，同时也埋下了用电安全的安全隐患。可见，采用无线电能传输方式是社会发展的必然趋势，随着科研技术的发展，无线电传输技术经历了激光、电磁感耦合以及磁场谐振等方式的转变，不断提高了电能的传输功率，对比有线传输，无线电能传输方式在对电磁环境有较高的要求且对功率的要求较低的场合能够发挥出其优势。总之，随着无线电能传输技术的研究和发展，已经能够实现大功率的电能传输，能够适应远、近距离等不同场合、不同功率需求的电能传输。

2几类无线电能传输技术

2.1电磁感应无线电传输

电磁感应无线电能传输技术是基于电磁感应原理的传输系统，以磁场作为媒介，利用变压耦合器来进行无线电能的传输。这一系统通常包括四个组成部分：交流电源、一次侧变换器以及可分离变压器及二次侧变换器。但基于电磁感应的电能传输系统其耦合系统是较为疏松的，传输能力也一般，因此，通常需要利用高频变换器来作为电磁感应无线电传输系统的一次测变换器。另外，这一系统中的可分离变压器是最重要的构成部分，保证和决定了整个电能传输系统的稳定剂效率。

2.2射频电能传输

射频电能传输方式主要是通过功率放大器来发射所需的射频信号，再进行检波、高频整梳等步骤得到直流电来供给负载使用。便携式终端在待机过程中依然会有功率的损耗，因此，将射频电能发射器安装在室内电灯等电器中，能够向这些便携式终端随时充电而不需要通过充电器的连接。这一电能传输技术的优势是该技术进行无线电能传输的距离较远，能够达到10m，但功率较小，最高的功率也只能达到百毫瓦的级别。

2.3电磁共振技术

电磁共振是通过对发射装置以及接收装置其参数的合理调节，让发射线圈以及接受线圈之间产生合理的电磁共振而进行电能传输的过程，在这一共振频率电源的驱动下，系统能够达到电谐振的状态，实现能量从发射端到接收端之间的高效传递，这一技术就被称为电磁谐振型电能传输技术。

2.4微波电能传输技术

微波电能传输技术是指通过微波来传输电能，这一技术的原理是先将电能转化为微波，将其发射并辐射到周围的空间中，负载再通过整流的方式，将微波再转化为直流电来使用。通常微波电能传输技术的传输距离较短，且传输过程的功率较小，因此，微波电能传输技术所具有的应用范围较窄，只适用于距离较短且供电较小的电器来使用。

2.5激光电能传输技术

激光电能传输技术是通过辐射放大原理来将电能转化为激光，再将激光发射，接收装置接收激光后进行光电转换，接收装置通常是光伏电池。由于激光发射后的方向性较好，且传播距离远、传播过程中能量集中，具有较高的传输效率，能够在较小的范围内集中采集较多的光能，因此，激光电能传输技术具有传输距离较远的有点，且接收装置小、效率高，通常被应用于微型飞机、航天器等设备中来进行远程的电力传输，具有极大的应用价值。对于微型飞行器等的续航具有重要意义。

3无线电能传输技术的应用

3.1电动汽车中的应用

无线电能传输可以应用到电动汽车供电系统中的无线充放电中，有效解决了各类充电桩在电动汽车中的建设问题，同时也将电动汽车的充电分散开，在一定程度上也缓解了大量电动汽车进行规模化的充放电对于传输电网造成的冲击。当前，将无线电能传输技术应用到电动汽车中成为国内各汽车生产商以及科研机构的热点研究项目，也取得了一定的成果。将无线电能传输技术应用到电动汽车中对于智能电网来说，具有积极作用。主要表现为以下几点：首先，能够有效一直可再生能源输出及波动，电动车采用无线电充放电技术，与电网能够产生更强的互动，通过智能互动系统的连接来自动控制电动汽车合理的进行充放电，提高可再生能源消纳能力。其次，能够有效减少电动车充放电对电网带来的冲击影响，与有线的充电方式相比较，无线充电方式将充电地点分散开来，有利于提高电动汽车充电的聚集度，由于电动汽车充放电与电网之间并无物理连接，充电过程也变得更具灵活性、安全性，分散连续充电也降低了快速充电，有效减轻电动汽车的充放电对电网带来的冲击。另外，能够有效的降低对于电池容量需求，电动汽车行驶距离越长，则电池就越容易失效，用户必须及时更换新的电池。采用无线充电形式，能够减少电池容量，降低更换电池所需的成本。

3.2智能家居中的应用

随着智能化技术的研究和发展，智能家居称为近几年的热门话题，而对于智能家居中的家用电器来说，采用无线电能传输技术具有较为明显的优势，能够摆脱传统的充电线缆对电器互联的限制，体现出了更大的便捷化、人性化，人们更加趋向于“无尾”家电的应用。

3.3医疗设备中的应用

在医疗设备中，无线电能传输技术同样能体现出较大的优势，主要是应用与集中植入式的医疗设备中进行无线供电，例如：心脏起搏器、全人工心脏等等。植入式的医疗设备通常所需的供电功率较小，适宜采用植入式电池的无线充电等方式来进行供电。在人体植入式设备中进行非接触式的无线电能传输是当前研究的主要热点，无线电能传输在医疗设备中的应用主要具有以下几点优势：第一，避免导线与人体皮肤直接接触，防止由于感染而出现并发症；第二，避免植入式电池的电能耗尽之后需要进行手术来更换的问题，降低了由于手术而带来的二次伤害；避免人体皮肤直接进行电气连接，消除了意外点击的安全隐患，消除了物理层面的磨损以及电气腐蚀，具有较高的安全性、可靠性。

3.4工业中的应用

将无线电能传输技术应用到工业中，具有广阔的发展前景。在工业中的特殊场合中，例如设备监测装置、水下机器人等，在以往的供电过程中，即使这些特殊的场合也通常采用换电池或是电缆传输的方式来进行供电，造成设备无法正常使用及维护。而采用无线电能传输技术能够有效的克服这些缺点。

4结束语

综上所述，无线电能传输技术经过较长时间的发展，当前能够被应用到许多领域中，为人们的生产生活带来较大的方便，具有较高的安全性以及可靠性。但在其发展过程中，同样存在较多的问题需要解决，例如，理论不够完善等。因此，在今后的发展过程中，应当积极探索，不断创新，在技术上取得突破，将无线电能传输技术进一步完善，提高其供电效率和传输距离，为人们的生活带来更多的便捷。

参考文献

[1]黄学良，谭林林，陈中，等，无线电能传输技术研究与应用综述[J].电工技术学报，2013，10（26）：69-70.

[2]范兴明，莫小勇，张鑫.无线电能传输技术的研究现状与应用[J].中国电机工程学报，2015，5（20):94-95.

无线电能传输范文第2篇

【关键词】E类功放;最适频率调节;高效率;无线电能传输

一、引言

与传统的电力传输不同，无线电能传输（Wireless Power Transmission，WPT）也称无线电力传输或无线功率传输。它通过能量转换和空间辐射来实现。WPT主要通过电场耦合、电磁感应、磁共振、无线电波四种方式来实现非接触式的电能传输，被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。

近年来国内外各研究机构（如日本产学研国际中心，英国剑桥SplashPower公司），相继研发出了短距离无线供电产品。美国的Powercast公司开发出的无线充电技术，可为各种耗电量相对较低的电子产品（如手机、汽车零部件）充电或供电。Powercast公司计划推出数百万个无线充电器。该技术得到如此青睐，虽然目前在远距离、高效率仍处于瓶颈，但不久的将来一定会攻克，无线电能传输将开辟人类的一个新纪元。

在理解无线电能传输的基础上，本装置采用E类功放完成能量转换，发射与接收线圈以磁共振方式传输能量，非接触式地为负载提供电能，以满足摆脱移动设备电源线的束缚，实现电能无线传输的愿望。

二、基本原理

系统电路整体框图如图1所示，主要由前级能量变换装置（和最适频率自动调节电路）通过空心线圈将能量传送，和后级采用同样空心线圈的接收能量装置并对能量进行合理转化两部分组成，两个分离的电气部分通过磁共振方式实现能量无线传输。本系统可分为4个模块组成，下面分别详细介绍每个模块：

图1 系统电路整体框图

（一）能量变换模块

E类功率放大器[1]是一种高效率的软开关类功放，理想开关管的电流波形和电压波形没有重叠，不消耗功耗，所以理想E类功放的效率可达100%。E类功率放大电路前、后半周期原理图如图2所示，当开关管导通时谐振频率：

品质因数：

开关管断开时：

品质因数：

E类逆变器的开关频率总是要满足，对应的有。L1为射频扼流圈（一般取值大于10倍的L2），L2、C2构成串联谐振回路（本系统L2采用空心线圈），C1是场效应管输入电容，为分布电容和外界电容的总和（见图2）。

（二）无线传输模块

发送、接收模块采用相同的LC谐振频率以磁共振的方式进行能量传输，相比其他方式，磁共振无需线圈间的位置完全吻合，即可实现能量高效长距离传输。LC谐振有串、并联两种形式。由于发送模块前级连接E类功放，所以发射模块只能采用LC串联形式，接收模块则可以有两种谐振方式，理论分析，接收模块采用并联LC谐振方式则后级近似为恒流源，采用串联LC谐振方式则后级近似为恒压源。

图2 E类功放前（左）、后（右）周期原理图

（三）最适频率自动调节模块

采用磁共振方式无线传输，理论上需将开关频率、发射、接收谐振频率一致，但实际中，由于空心线圈、电容等器件误差的存在和环境等因素的影响，经过实验证明，开关频率需略低于发射、接收谐振频率，效率才会达到最高点。结果证实，当发射模块的功率达到最大时，系统的效率最高。因此，本系统采用MCU检测电路中的电压、电流，通过闭环控制自动寻找最适的开关频率使得效率达到最，省去了接收模块的MCU检测模块，进一步防止了效率的损失。

（四）整流、滤波、斩波模块

接收模块经LC谐振回路将发射模块的能量接收，要根据不同负载的需求，选取适当的整流、滤波、斩波电路[2]。不同的后级整流电路，因寄生电容等参数的存在，将改变接收模块的LC谐振频率，从而影响磁共振的无线传输效率[3]。

图3 前级硬件原理图

三、硬件电路实现

前级硬件原理图如图3所示，系统由15V直流电输入，通过L1、L2、C1、C2以及MOS构成的E类功放电路实现从直流到交流的逆变，L2、C2组成的谐振回路分别取值为72uH、11nF，L2采用0.1*200的李兹线绕制成直径为20cm的空心线圈，C2采用2个22nF的100V耐压值的CBB电容串联，其串联后耐压值增加一倍，电容值为11nF，经计算可知，系统

的谐振频率约为179KHz。扼流电感L1采用铁硅铝材质的磁环，绕制成1mH的电感。本设计采用TI公司的低功耗MCU--MSP430F6638控制UCC27211 MOS驱动器驱动MOS（CSD19531，VDS为100V，Id为105A，Rds（on）为7.7mΩ）。旁路电容C1的容值将决定电路的工作状态，如果逆变器工作在最优状态，其输出功率为最大值。结合MOS的寄生电容和经过多次测量得知此设计最佳工作状态下的C1的值为22nF。一般而言，线圈工作的工作频率需要略低于其固有频率，而开关频率本系统采用通过输入20mΩ的采样电阻进行电流采样，INA282将采样的差分信号放大50倍送往MCU，MCU处理输入功率变化信息，不断调节驱动MOS的PWM频率至最适点，闭环控制使效率达到最高。

后级硬件原理图如图4所示，接收谐振电路L3、C3与发射谐振电路L2、C2取值、取材完全相同，目的是确保谐振频率点完全相同。后级经过全桥整流、电容滤波后给负载供电。

图4 后级硬件原理图

四、仿真与测试

用MATLAB-Simulink仿真[4]，对于不同的C1值仿真出现截然不同的结果，最终确定C1的最合适值为22uF，不同C1值对于的发射线圈波形见图5。

图5 不同C1值对应发射线圈波形

本系统在无线传输距离为10cm、输入直流电压为15V、接收端输出直流电流为0.5A时，硬件改变引起频率自调节，整机效率最高可达75%。并可以点亮10个1W串联的白色高亮LED，也能够实现单点发射、多点接收的功能。整机测试数据如表1所示。

表1 整机效率测试数据

自调节频率（KHz） 187 188 189 190 191 192

输入电压（V） 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0

输入电流（A） 0.50 0.52 0.61 0.57 0.51 0.59

输出电压（V） 10.23 11.15 13.75 12.66 10.41 13.02

输出电流（A） 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50

效率（%） 68 71 75 74 69 73

五、结语

本系统由基于E类功放的能量变换模块、无线发送、接收模块、最适频率自动调节模块和整流、滤波、斩波模块四部分组成，实物测试结果表明该电路可以高效率的实现无线电能传输，并能够实现单点发射、多点接收的功能。本设计为无限供电技术的进一步推广与应用奠定良好基础，为物联网的进一步发展提供支持，当人类解开电线的束缚时，我们将迎来一个全新的世界。

参考文献

[1]董佳兴，薛新.高效E类功率放大器的设计[J].通信对抗，2006.

[2]王兆安，黄俊. 电力电子技术[M]. 北京：机械工业出版社，2004.

无线电能传输范文第3篇

可能在不远的将来，用户就有可能摆脱使用充电器充电、更换电池以及接家电设备电源线等麻烦。利用无线方式将电能传输到所用产品的技术即将进入实际应用阶段。技术之一称为“非接触式充电”，是一种只要将电子产品放在充电台上就能充电的技术。目前，这种技术已经在部分领域中得到应用，包括电动剃须刀、电动牙刷、净水器和无绳电话等。由于这种技术在增人功率等方面不断取得进展，也有可能应用到于机等出货量非常大的电子产品中。对于这种技术，NTTDoCoMo公司等日本和国际运营商都在积极从事研究开发工作。

同传统的接触式充电器相比，非接触式充电的最大特点是充电台可能“随时随地都存在”。例如，有些人提出在汽车仪表盘的低凹区、咖啡店的餐桌等处设置充电功能的想法。也可以考虑在地板、墙壁以及汽车房等处铺上一层具有充电功能的薄片，列吸尘器、照明设备以及电动汽车等进行充电或者供电。在这样的地方放置手机或者停放汽车时就可以开始充电。另外一种新技术的开发工作也在取得进展，这种新技术可以使于机具有给其他人的手机充电的功能。

不仅是非接触式充电，利用无线方式将电能发送给距离几千米―几米以外设备的技术也在开发之中。利用这种技术，不久，安装在天花板上的小型照明设备、无线键盘与无线鼠标和头戴式受话器、以及便携式电子产品和传感器终端，都有可能在离开充电器的位置上进行充电。至于最近的距离为几米、并且可以传输人功率(高达几kW)的最新技术，大概要过段时间才可能实现。

如果非接触式充电以及无线传输电能方式得以实现，许多电子产品及终端会比以前更容易使用。

大约100年前电子技术问世时，就已经开始利用无线力式向终端提供电能的技术研究，现在终于逐步取得成果，大约10年前又开始应用到有限的用途上。预测认为，在2007年下半年～2008年间，这种技术将陆续被普通手机或MP3等电子产品所采用。 例如，在欧洲市场上，从2007年第二季度开始，将推出手机“非接触式充电系统”。这种系统所采用的技术，在充电器与终端之间不需要通过金属端口连接，并且在几毫米间隔的条件下就可以充电。在美国，摩托罗拉公司正在开发采用这种技术的手机。2007年2月，苹果公司也提出了关于非接触式充电器(而向该公司的iPod及iPhone等)的专利申请，显示出对这种技术的高度关注。在日本，NTTDoCoMo公司正在积极推进开发工作，并且已经在2005年开发试制出第一部拥有无线充电功能的手机样机。此外，与非接触式充电技术不同，还有几种可以向几十厘米～几米之问的终端提供电能的技术问世，其中一部分技术将在2007年内应用到照明设备领域中。

市场、技术及竞争条件全部具备

最近，上述技术突然成为厂商以及研究人员关注的焦点，原因在于市场扩大、技术开发取得进展、竞争技术滞后这3个条件已经全部具备。市场扩大，是指利用电池工作的便携式终端的数量及种类正在日益增多。美国Powercast公司的CEO兼创始人John G Shearer指出：“人约7年以前，像现在这样节省电能的笔记本电脑、可拍照手机、MP3等都还没有出现。直到最近，利用无线供电才渐渐有了现实性。”据悉，该公司已开发出一种相关技术。

利用无线方式传输电能的技术正在迅速发展。例如，关于非接触式充电技术，实际接收功率与发送功率的比值，以前仅为10-20％，最近1、2年迅速提高到60％以上。精工爱普生公司指出，这种技术在原理上与电磁炉相同，如果功率损耗太大，将直接导致终端异常发热。因此，在效率很低的情况下，充电频率很高的手机等电子产品无法应用此技术。除了非接触式充电技术以外，新开发的技术还有：功率比较小，但最远可将电能传输到大约10m以外终端的技术；另一种是目前还没有应用实例、可用无线方式提供电能的新技术。

另一方面，电池技术的发展已经接近极限，迄今为止，电池技术一直推动着便携式电了产品的普及，并且是无线供电技术的竞争对手。最近几年，电池没有取得重大技术进展，预测认为，今后除非燃料电池投人实际应用，否则，容量不可能急剧扩增。

即使每个电子产品的电池寿命没有变化，但随着每个用户拥有的便携式终端的数量增多，为终端充电的麻烦将日益引起用户的不满。因此，许多厂家以及服务运营商开始考虑采用无线方式的供电技术，这可以减少电池充电及更换的麻烦，或者减小某些场合使用的电池体积。

三类无线技术晶有希望

现在已经问世的无线供电技术，根据其电能传输原理，大致上可以分为三类。第一类是非接触式充电技术所采用的电磁感应原理，这种非接触式充电技术在许多便携式终端里应用日益广泛。这种类型中，将两个线圈放置于邻近位置上，当电流在一个线圈中流动时，所产生的磁通量成为媒介，导致另一个线圈中也产生电动势。

第―类是最接近实际应用的一种技术，它直接应用了电波能量可以通过天线发送和接收的原理。这和100年前的矿石收音机原理基本相同：直接在整流电路中将电波的交流波形变换成直流后加以利用，并不使用放大电路等。同以前相比，这种技术的效率得到提高，并正在推动厂商将其投入实际应用。

第三类是利用电磁场的谐振方法。谐振技术在电子领域应用广泛，但是，在供电技术中应用的不是电磁波或者电流，而只是利用电场或者磁场。2006年11月，美国麻省理工学院(MIT)物理系助理教授Marin Soljacic的研究小组全球首次宜布了将电场或者磁场应用于供电技术的可能性。

得益于RF ID的进展

在上述三类技术中，电磁感应型和电波接收型这两类技术最近的发展都得益于RF ID技术的进展。例如，90年代中期的13.56MHz频段的非接触式IC卡是电磁感应型，在很短时间内为中国香港特别行政区几百万市民所采用。随后，又迅速扩展到剃须刀、手表、电动汽车的充电器等应用。

UHF频段等通信距离达到几米的RFID，不仅接收电波，而且利用其能量驱动集成电路或者存储器工作，并可向读卡器发送电波。针对这种技术，还开发了正向电压降非常小的肖特基势垒二极管。Powercast公司开发的电波接收型以美国匹兹堡大学的技术为基础，而该大学的技术是一种无源型RFID。

预测认为，上述两种技术在2007年-2008年很可能出现多种应用实例，导致今后的便携式终端发 生重大变化。Powercast公司销售和市场执行总裁Keith Kressin解释说：“不仅现有的通信终端制造厂商前来咨询我们的技术，服饰生产厂商及医疗设备厂商也都来咨询。”

另外，谐振型所利用的电场或者磁场是近场电磁场，其基础是近场光和光通信技术、光学晶体以及位变材料等新领域的研究开发工作。

根据功率和距离区别使用

基于三种原理的技术，所能够发送的距离和功率各不相同，其主要的使用方法电不相同。电磁感应型能够发送的功率非常大，最大达到几百KW，但是，发送器能够发送的距离仅为1cm以下。因此，在便携式应用中，基本上还必须用电池，其主要作用是减少充电时的麻烦。不过，日本横浜国立大学工学部电子信息工程专业教授河村笃男认为：“有可能应用到为汽车及无轨电车充电方面。”东京大学副教授高宫真则认为：“有可能利用铺满大面积非接触式电源薄片的餐桌、地板或者墙壁直接向PC、电视机、吸尘器以及装饰性照明设备等供电。”

电波接收型的最大发送距离长达10m，但是，能够接收的功率很小，只有几mW-100mW。因此，其主要用途是在便携式终端中提供待机时消耗的功率。然而，Powercast公司的Shearer声称：“对于手机来说，有可能将5小时的可连续通话时间延长到10小时。”如果将电能发送器装入室内的电灯等器具中，可能不需要特意将便携式终端放置于充电器上就可以进行充电，从而大大减轻用户的负担。

此外，关于谐振型无线传输电能技术，其电能发送距离可以达到3m-4m，而且，可以发送高达几LkW的大功率。因此，麻省理工学院的Soljacic认为：“可以沿着市镇内以及高速公路上设置的栅栏安装无线，利用天线直接向无轨电车或者汽车等供电。在工厂，可以通过天花板直接向自动化设备供电。这些场合都不再需要使州电池。”

很多问题有待解决

但是，要实现这些技术还必须解决许多问题。例如，关于电磁感应型技术，如果充电器不具有认证对方设备身份的功能，就有可能对放在充电台上的所有金属片传输电能。如果对方设备不具备相应的接收电能的电路，就会成为被加热的物体，这种情况非常危险。另外，在终端设备的次级线和电路之间也需要进行屏蔽。电波接收型的问题是功率传输效率低，因为发送器所输出的大部分功率都以电波的形式丢失。但是，Powercast公司的Shearer反驳说：“在电视台播送电视节目等场合，损耗的功率远比电波接收型多。”实际上，发送器的输出功率必须遵守电波管理法规，容许输出的最大功率是几瓦，所损耗的功率就和一个一直点亮的小灯泡差不多。

谐振型的最大问题是如何确保所使用的频率。在几米的距离内发送电能所需要的频率是几MHz-几百MHz频段，这恰巧是一个最难以共用的频段。

现在，利用无线方式传输电能的三种方法的开发状况各不相同。

电磁感应型方法已经在无绳电话等设备出投入实际应用，目前，面向手机的非接触式充电器，正在积极开发2W～3W级的供电技术。在日本，相应的手机产品最早可能在2008年下半年上市。

电波接收型已经在美国的动物园等地采用，也许在2008年会应用到各种便携式终端中。至于谐振型，仍然处于在大学进行研究开发的阶段。但是，正积极从事谐振型研究的麻省理工学院明确表示，试制系统样机预定在2008年完成。

电磁感应型手机首先进入商用设计阶段

几种无线供电技术中，电磁感应型正在广泛领域里进行技术开发。特别是在日本，手机制造厂商及相关元器件生产厂商的技术开发工作非常活跃。

关于手机的电磁感应型非接触式充电器，松下移动通信公司技术部产品开发中心产品设计一部经理奥肩之表示：“基本方式的研究已经结束。现在正进入商业应用设计阶段。”在这一阶段，并不进行具体终端的开发工作，而是探讨解决商业应用设计及批量生产时可能出现的技术问题。

手机非接触式充电器开发厂商以装入便携式设备的程度，各家公司都采用了细导线。为了减少这时的损耗，先将若干根导线拧制成多股线，然后再卷绕成线圈使用。预先将导线拧制成多股线的目的是为了减少相邻导线之间产生的寄生电容，以降低损耗。例如，日本东光公司使用多股线绕制成初级和次级线圈，多股线由24根直径0.08mm的铜丝捆扎而成。明日香电子公司也是采用拧制成多股线的铜丝。

下一个问题是ID认证，这是只柏在充电台和特定的手机对应时才能实现充电功能的机制。通过分别集成在充电台和于机中的控制芯片相互交换的几十位ID信息，可以防止给未经认证的设备或者其他物体充电。这可减少对误置于充电台上的便携式设备进行充电的事故，并且减少充电台被非法盗用的危险。

各家公司在充电台和手机之间交换ID信息的方法并不一样，但是，关于信号的调制方式，有可能采用幅度调制或者相位调制。所使用的数据是8位或者64位，有的厂商采用128位。至于认证所需要的时间，在精工-爱普生公司开发的样机中是200ms。

不容许灵敏度恶化

电磁感应所产生的磁通量对于于机RF电路形成的影响也要设法抑制。因为充电时交流电源的某些频率有可能成为电磁噪声泄漏到手机RF电路中。例如，当手机在充电过程中出现用户接听电话等情况时，就有可能产生电磁噪声。奥启之强调说：“当手机进行单区段电视接收、GPS、W-CDMA或者GSM等各种无线通信时，都要求在充电过程中灵敏度不致下降。”

在设计终端时，必须在次级线圈的周围设置屏蔽。另外，考虑到用户可能会同时使用多种无线通信功能，各厂商准备以大量的通信功能组合进行电磁噪声的试验。

位置对准问题

充电时，充电台和终端的位置对准问题也要解决。当初级端线圈的中心轴和次级端线圈中心轴的位置一致时，初级端对于次级端的电能供给效率最高。但是，当两个中心轴的位置略有偏差时，效率就会下降。因此，手机制造商采取了措施，只有当线圈所处的位置能够得到足够的效率，充电指不灯(发光二极管)才点亮。

据了解，线圈等元器件生产厂商针对这个问题采取的对策将会成为竞争的重要武器，有利于实现产品的差异化。例如，明日香电子公司开发的技术，据称在中心轴偏离±5mm的情况下仍然能继续保持60％左右的效率。这种技术采用了对初级端线圈的磁通量方向等进行控制的方法。

东京大学研究小组为了减少位置对准偏差所产生的影响，正在研 究增加初级线圈数量并且提高密度的方法。据称，在对1个次级线圈设置9个初级线圈的情况下，效率可以控制在22％～46％的范围内。而在初级和次级线圈分别为1个的情况下，效率的变化范围很大，达到0％-60％。此外，英国Splashpower公司使线圈产生的磁通量与终端的设置面平行。该公司解释说，使初级线圈实现自由旋转，可以自动地设定线圈位置，将次级线圈和初级线圈经常保持在最适当的位置上。

同时提供数据通信功能

电磁感应型是为手机充电器开发的。精工一爱普生公司已经试制出一种非接触式充电系统，同时可以进行最高速度为96Mbps的数据传输，可应用于数码相机、MP3等数字内容的收发。明日香电子公司正在考虑，将来的产品在具有充电功能的同时，还拥有和USB2.0相当的480Mbps的数据传输功能。

此外，作为未来的技术，厂商正在研究电能双向传输的技术，可供手机之间共享电能。因此，目前供初级端线圈使用的控制芯片需要实现小型化等。

电波接收型不需选择频率即可接收电能

预测认为，电波接收型在2007年也将有几款产品上市。与电磁感应型不同，目前表示要将这种技术投入商业应用的只有Powercast公司。据称，该公司正同几个厂商进行共同开发。

采用分立元器件构成的电能接收电路的电路板尺寸比较小，“不包括放大器时，电能发送端的电路尺寸仅为接收端电路的一半左右。如果和RF电路共用放发器，可以节约更大的空间。下一款模块计划制成集成电路，进一步实现小型化。”

收集周围的电波加以利用

由于电路本身简单，尽管现在采用分立元器件构成，但足，电路印制板的尺寸仍然比较小。对于具体技术细节，Powercast公司并没有透露，不过，在该公司的专利申请书中提到，名为“电能接收电路(power harvesting circuit)”的电路和该公司匹兹堡大学研究室在2003年取得的专利非常相似(见图2)。该电路除了没有使用起选台作用的谐振电路线圈以外，同不带放大器的调幅收音机的接收电路类似。其中，整流二极管采用了肖特基势垒二极管。关于这项技术，Powercast公司解释说，最重要的是降低电路损耗等，再加上某种“逆向思维”。该公司的Shearm补充道：“在使用载波传递信息的收音机中，由谐振电路抽取特定频率的载波，然后再把其余的合弃。我们不抽取载波，而利用宽带电波的能量。”据称，除了发送器发射的电波以外，当位于电视台及广播电台的发射塔附近时，也可以利用那些电波的能量。

现在设计的发送器电路将采用UHF频段(902MHz-928MHz)的频率。但是，该公司表示：“根据用途及各个地区电波管理法规的差异，我们计划开发ISM频段(2.4GHz频段)以及调幅收音机等的中频频段、供调频和电视机使用的VHF频段和UHF频段的模块。”

效率大约是50％

Shearer解释说，该公司的技术有两种应用方法：一种用法是对无线键盘或者无线话筒等直接供给电能，还有一种是对电池进行涓流充电，然后利用存储的电能。根据这两种不同的用法，在电能接收电路中分别采用输出阻抗不同的电路。在直接供给电能的情况下，输出阻抗很低，而在涓流充电情况下，则利用10kU2左右的高输出阻抗。

之所以这样做，是因为在直接供给电能的情况下，需要确保同微处理器等电能消耗端的电路阻抗匹配，并且保持一定的电流值等。但是，在进行充电的情况下，确保很高的输出电压值就变得特别重要。Shearer表示：“电能接收电路可能得到天线所接收电能的50％左右。例如，在输出阻抗的情况下，如果天线接收到1mW的电能，在充电电池中就可积累2.093V、438uW的电能。”

但是，这是相对于接收端天线所接收到的能量的利用效率，而相对于发送端天线所输出功率的利用效率则要小得多。

通信距离取决于天线

Powercast公司指出，这种技术的应用领域是手机和小型无线通信终端群，也包括便携式产品，但是，笔记本电脑却不太合适。Shearer解释道：“判断适用不适用的标准，不单是电池的容量大小，还包括待机时间是否长于使用时间。”即使工作时消耗的电能很多，但如果待机时间长，就能有足够的时间充电。

据介绍，电能的传输距离，在使用非定向天线的情况下大约是几厘米～几十厘米，但是，如果使用定向天线，可能达到10m以上。现在开发的天线采用长度大约15cm的偶极天线。该公司认为：“在天线技术方面，我们没有花费多大的成本。如果精心制做天线，电能传输距离应该能达到20m。”

谐振型取代无轨电车的导电弓

谐振型是利用电场或者磁场的谐振传输电能的技术，这是在2006年11月的新技术。虽然其效果在理论及计算机模拟演示中都得到了确认，但是，样品制造还有很多工作要做。

实现谐振型的关键之一，是在电场情况下，天线所用电介质的介电常数必须非常高(几十～100以上)，并且介电损耗必须尽可能地小。例如，可用的材料有TiO(介电常数96)、BaTi409(介电常数37)、LiTa(介电常数40)等。在电场情况下，还必须对圆板激活特定的振荡模。当圆板周围的振荡模为m＝2或3时，耦合最强。

在磁场情况下，需要将环形天线的一部分制成电容器的形状，并且依照环形本身的电感构成LC谐振器。这样，Q值可达到1000以上，而且，绝大部分电能都被谐振天线吸收。因此，可在几米的距离内传输几千瓦的功率，这是在同样利用磁场的电磁感应型中所不能实现的。

受距离和天线尺寸之比的制约

还有一个关键是，(与产生振荡时的频率相同的电磁波的波长)与D(无线之间的距离)和r(天线的半径)之比应当大致保持一定。在电场情况下，改变振荡模或者天线的介电常数，这个比值就会发生变化；在磁场情况下，改变谐振器的L或者c值，这个比值也会发生变化。例如，环形天线的电容器缝隙减小时，静电容就会变大，频率将会下降。然而，因为是在近场中的谐振现象，所以，波长必须充分大于天线之间的距离，而且，天线的半径不得比天线之间的距离小太多。

上述特点既是优点也是缺点。麻省理工学院的Soljacic指山，优点是谐振效果同系统的尺寸本身无关。天线的尺寸越大，则传输的距离越远，而且，也可以应用于MEMS等小元件之间电能的收发。与电波收发所用的天线不一样，谐振型天线可以利用远远短于波长的小型天线，而且不必介意极化波。

其缺点足，在电能传输距离相同时，难以自由地缩小天线的尺寸，或者大幅度改变振荡频率。例如，为了确保3m的电能传输距离，必须使用直径60cm左右的天线，因此需要使用IOMHz-几十MHz的频率。如果传输距离是30m，天线的尺寸需要6m左右，而频率就变成几MHz。因为总会有‘些能量以电波的形式泄漏出去，所以，与现有无线电系统共用时可能会出现问题。

磁场强度与地磁相当

无线电能传输范文第4篇

【关键词】 无线电传输技术 现状 应用

随着社会经济的发展，人们对无线电传输技术的质量有了更高的要求。传统的电能传输技术已经暴露了诸多问题，比如说导线接触产生的火花、碳积累及带电导体等。无线电传输技术是一种用无线电能传输的一种新技术，与传统的传输技术相比，无线电传输技术不需要用导线之间相连，这就避免了有线传输技术带来的那些问题，具有更加安全、高效、方便的优势。近些年来，无线电传输技术已经在众多领域应用，产生了非常好的效果，特别是在军事、石油、矿井、医疗等领域中的应用。因此，对无线电传输技术进行研究是非常有意义的课题。

一、无线电传输技术简述

无线电能传输 （Wireless Power Transmission，WPT）又称无线电力传输，非接触电能传输，是通过发射器将电能转换为其他形式的中继能量（如电磁场能、激光、微波及机械波等），隔空传输一段距离后，在通过接收器将中继能量转换为电能，实现无线电能传输。现有的无线能量传输技术主要有三种形式：（1）电磁感应技术；（2）电磁耦合共振技术；（3）基于微波或光波的原场辐射技术。

电磁感应耦合式无线输电系统是基于一种电磁感应耦合理论、现代电力电子能量变换技术及控制理论的新型电能传输模式。无接触电能传输系统属于疏松耦合系统，传输性能一般较差。为了提高系统的传输能力，初级变换器通常采用高频变换器。可分离变压器是无接触电能传输系统的最重要组成部分，它的性能对于整个系统的稳定、高效起着至关重要的作用。发射端和接受端之间是利用电磁感应耦合的方式来传递能量的。电磁耦合共振式无线输电系统 中程无线输电方式是基于电磁共振耦合原理，利用非辐射磁场实现电能高效的传输。其原理是基于2个电磁波在满足规定条件的情况下，在同一波导（腔体）的不同电磁波的模式之间或不同波导（或腔体）的同一电磁波模式之间可以发生耦合谐振的现象，通过理论分析计算或实验的方法选择耦合模参数，利用强磁场耦合共振方式使能量在收发2 个谐振腔之间有效传输。远场辐射式无线输电系统 远场一般指远远大于装置尺寸的几千米以上的传输距离。只要合理设计接收机形状，采用高精度定向天线或高质量的平行激光束就可 实现远距离传能。 通过无线电波可以在微波范围内实现能量定向传输，接收端采用硅整流二极管天线可将微波能量转换回电能。

二、无线电传输技术的现状及应用

电磁感应技术一般适用于距离比较近、功率比较低的传输系统中；电磁共振技术通常在距离适度、功率中等的条件下适用；基于微波或光波的原场辐射技术一般在功率比较大、传输距离比较远的环境中适用。近些年来，随着各种便携式设备和电器的应用，采用有线的技术，既不安全，也容易磨损。特别在一些比较特殊的领域，有线传输的危害更大，比如说矿山矿井、石油、孤立的岛屿以及自然环境恶劣的环境中等。因此，无线传输技术具有极大的应用市场。

1、医疗领域。无线电传输技术的发展和应用改变了医疗领域植入式电子系统的供电方式。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。随着植入式系统的复杂化，系统的功耗越碓酱螅对于短期植入式系统，电池完全可以胜任，如胶囊内窥镜。但对于长期植入式系统往往不能满足要求。无线和光电供电能解决上述问题。

2、航空领域。无线电传输技术在航空航天领域已经开始得到应用。MPT技术的发展也推动了空间太阳能发电和卫星技术的革新。空间太阳能电站发出的电能可通过微波向卫星和地面传输电能。空间太阳能电站中的WPT技术发展经历了很多的阶段发射反射和接收技术等得到了很大的发展。

3、水下领域。水下高频功率传输损耗是关键问题。由于海水是优良导体，其电阻随着频率的增长而增加。随着工作频率的提高，海水导电面积减小电流主要从电缆流通。海水作为导体损耗增加。在研究水下电能传输时可将海水看作与原边绕组同轴匝链的绕组通过增加耦合来限制电流路径以减小耦合海水的损耗。

结语：无线电传输技术是一种用无线电能传输的一种新技术，与传统的传输技术相比，无线电传输技术不需要用导线之间相连，这就避免了有线传输技术带来的那些问题，具有更加安全、高效、方便的优势。随着无线电传输技术的发展，它可以在更多领域得到普及和应用，这对于促进社会进行发展具有重大的现实作用。

参 考 文 献

[1]戴卫力，费峻涛，肖建康，范新南.无线电能传输技术综述及应用前景[J].电气技术，2010，（7）.

无线电能传输范文第5篇

关键词：无线；电力传输；技术；建筑

无线电力传输就是利用无线电的手段，将由发电厂制造出来的电力转换成为无线电波发送出去，再通过特定的接收装置将无线电波收集起来并转换为电力，供人们使用。最早提出并设计成功无线电力传输的科学家是著名的物理学家特斯拉，利用特斯拉线圈（一种分布参数高频共振变压器）可以获得上百万伏的高频电压。 特斯拉线圈的线路和原理都非常简单，现在称之为大功率高频传输线共振变压器，特斯拉把地球作为内导体，地球电离层作为外导体，通过他的放大发射机，使用这种放大发射机特有的径向电磁波振荡模式，在地球与电离层之间建立起大约8赫兹的低频共振，利用环绕地球的表面电磁波来传输能量。

这一系统与现代无线电广播的能量发射机制不同，而与交流电力网中的交流发电机与输电线的关系类似，当没有电力接收端的时候，发射机只与天地谐振腔交换无功能量，整个系统只有很少的有功损耗，而如果是一般的无线电广播，发射的能量则全部在空间中损耗掉了。2007年6月，麻省理工大学的物理学助理教授马林・索尔贾希克（Marin Soljacic）和他的研究团队公开做了一个演示。他们给一个直径60厘米的线圈通电，6英尺（约1.9米）之外连接在另一个线圈上的60瓦灯泡被点亮了。这种马林称之为“WiTricity”技术的原理就是“磁耦合共振”，他将特斯拉有生之年因没有财力实现的这一主张变为现实。这种方案不仅可行，而且效率极高，对生态安全，并且不会干扰无线电通信。

日本2008年2月15日，将一种无需插头与电源线且不直接接电源就能充电的新型混合动力汽车在日本投入试运行，用于东京雨田机场航站之间的旅客运输。该汽车利用电磁感应原理及电能转换等技术用无线的方式实现充电，只需停在设置在路面的电源线圈的正上方就能给汽车内的锂电池快速充电。该车最高时速为80km/h，如果仅使用电力运行，充电一次可行驶约15km。更广范围的应用研究计划在2015年前后将其投入到居民生活当中。

在2010CES展会上，海尔推出了一款无尾电视，正是应用了无线电力传输技术，只不过大范围的电力技术涉及到世界范围内的能量广播和免费获取，在现有的政治和经济体制下，无人实际问津这种技术的大规模应用。

在建筑物内以常规电能为主，以生物质能、太阳能、风能互补为辅可以构成多动力源系统，因所述能源技术可以方便实现，故在此不再对能源构成赘述。根据现有电能无线传输技术的应用结论，利用小功率无线电能传输装置，在建筑物内实现电力无线传输的设计思路。

在建筑物内可使用多功能家用电器无线供电“膜片”对家用电器供电。这是一种新型的家用电器无线供电方式，用一片图书大小的柔软塑料膜片就可对家电进行无线供电――该特制塑料膜上面印刷有半导体感应线圈，厚度约1mm、面积约20cm2、重约50g，可以贴在桌子、地板、墙壁上，可为圣诞树上的LED、装饰灯、鱼缸水中的灯泡或小型电机供电。使用前家用电器需要装上可接收电能的感应线圈，然后放到相应位置即可得到无线供电。

这种薄膜电源由四层塑料薄膜组成，从下到上依次是电导可控的有机晶体管，感测兼容电子设备接近的铜线圈、接通或断开电源的MEMS开关、传送电能的铜线圈。当电器进入薄膜2.5cm范围内，最靠近的MEMS开关接通电源，电感线圈就利用电磁感应向设备供电。试验验证，扣除发热损耗的情况下能量转换率可达62.3%，可转送30W电力（如果加大膜片尺寸可达100W）。据称该无线供电膜片将自行判断电器所在位置，在居室空间的较大范围内可随意放置。在无电源线的吸尘器、笔记本电脑以及家用机器人等的应用方面有广阔前景。

目前，无线电电力供给有三种方式：电磁感应性（利用电流通过线圈产生磁力实现近程无线供电）、电波接受型（电力转换成电波近程无线供电）、磁场共鸣型（利用磁场等共鸣效应近程无线供电），实验证明：利用“电磁共振耦合”原理，电磁共振的能量流失少。

我们有理由相信：“在通过了效率性、安全性的比对测试，确认均不存在问题的情况下，就可以稳步推动家电产品无线化进入高效安全的实用化阶段了。”

业内专家分析认为，在解决了能效转化效率、电磁人体辐射安全的情况下，无线供电方式将能够有效解决家庭布线、家电固定化、居室墙面、景观破坏等问题，为人们的生活提供更多的便利。同时，还将在大量节省布线所用的铜、塑料以及人力等资源方面发挥显著作用。

参考文献：

[1]杨成英、陈勇.中程距离无线输电的实现[J].科技信息，2009（3）

[2] 魏红兵等.电力系统中无线电能传输的技术分析.《西南大学学报（自然科学版）》 2009年09期