無線電能傳輸

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無線電能傳輸范文第1篇

關鍵詞：無線電傳輸技術；技術方法研究；應用；綜述

引言

無線電技術在近幾年不斷的發展和改善過程中已成為未來十大尖端的技術之一。其應用領域十分廣泛，當前主要的幾種無線電能傳輸技術包括：電磁感應技術、電磁共振技術以及微波電能傳輸等。為了無線電傳輸技術能夠更好的發展，在實際的供電應用過程中發揮最大的優勢，提高設備供電系統可靠性及安全性，對當前的技術原理及方法進行詳細的了解并掌握，同時，關注其應用領域及發展前景是十分必要的。只有明確其發展方向，才能不斷對這一技術進行改進和完善，下文就對此作一定的闡述。

1無線電能傳輸技術及發展

當前，我國的無線電能傳輸技術還處于不斷的發展過程中。傳統電力傳輸技術必須依靠有線傳輸來進行，通常采用電纜線來最為傳輸的載體，但在電力傳輸過程中由于電線的長度無法避免傳輸過程中電能損耗的產生，不僅如此，采用有線傳輸的方式，還會有線路老化或是尖端放電等導致電火花的安全隱患，設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合，采用有線傳輸的供電方式無法保證正常的供電，容易導致極大的事故造成損失，例如：海底、礦場等。同時，當前的人類生活離不開電，用電設備多種多樣，不計其數，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發展的必然趨勢，隨著科研技術的發展，無線電傳輸技術經歷了激光、電磁感耦合以及磁場諧振等方式的轉變，不斷提高了電能的傳輸功率，對比有線傳輸，無線電能傳輸方式在對電磁環境有較高的要求且對功率的要求較低的場合能夠發揮出其優勢。總之，隨著無線電能傳輸技術的研究和發展，已經能夠實現大功率的電能傳輸，能夠適應遠、近距離等不同場合、不同功率需求的電能傳輸。

2幾類無線電能傳輸技術

2.1電磁感應無線電傳輸

電磁感應無線電能傳輸技術是基于電磁感應原理的傳輸系統，以磁場作為媒介，利用變壓耦合器來進行無線電能的傳輸。這一系統通常包括四個組成部分：交流電源、一次側變換器以及可分離變壓器及二次側變換器。但基于電磁感應的電能傳輸系統其耦合系統是較為疏松的，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無線電傳輸系統的一次測變換器。另外，這一系統中的可分離變壓器是最重要的構成部分，保證和決定了整個電能傳輸系統的穩定劑效率。

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射所需的射頻信號，再進行檢波、高頻整梳等步驟得到直流電來供給負載使用。便攜式終端在待機過程中依然會有功率的損耗，因此，將射頻電能發射器安裝在室內電燈等電器中，能夠向這些便攜式終端隨時充電而不需要通過充電器的連接。這一電能傳輸技術的優勢是該技術進行無線電能傳輸的距離較遠，能夠達到10m，但功率較小，最高的功率也只能達到百毫瓦的級別。

2.3電磁共振技術

電磁共振是通過對發射裝置以及接收裝置其參數的合理調節，讓發射線圈以及接受線圈之間產生合理的電磁共振而進行電能傳輸的過程，在這一共振頻率電源的驅動下，系統能夠達到電諧振的狀態，實現能量從發射端到接收端之間的高效傳遞，這一技術就被稱為電磁諧振型電能傳輸技術。

2.4微波電能傳輸技術

微波電能傳輸技術是指通過微波來傳輸電能，這一技術的原理是先將電能轉化為微波，將其發射并輻射到周圍的空間中，負載再通過整流的方式，將微波再轉化為直流電來使用。通常微波電能傳輸技術的傳輸距離較短，且傳輸過程的功率較小，因此，微波電能傳輸技術所具有的應用范圍較窄，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

激光電能傳輸技術是通過輻射放大原理來將電能轉化為激光，再將激光發射，接收裝置接收激光后進行光電轉換，接收裝置通常是光伏電池。由于激光發射后的方向性較好，且傳播距離遠、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集中采集較多的光能，因此，激光電能傳輸技術具有傳輸距離較遠的有點，且接收裝置小、效率高，通常被應用于微型飛機、航天器等設備中來進行遠程的電力傳輸，具有極大的應用價值。對于微型飛行器等的續航具有重要意義。

3無線電能傳輸技術的應用

3.1電動汽車中的應用

無線電能傳輸可以應用到電動汽車供電系統中的無線充放電中，有效解決了各類充電樁在電動汽車中的建設問題，同時也將電動汽車的充電分散開，在一定程度上也緩解了大量電動汽車進行規模化的充放電對于傳輸電網造成的沖擊。當前，將無線電能傳輸技術應用到電動汽車中成為國內各汽車生產商以及科研機構的熱點研究項目，也取得了一定的成果。將無線電能傳輸技術應用到電動汽車中對于智能電網來說，具有積極作用。主要表現為以下幾點：首先，能夠有效一直可再生能源輸出及波動，電動車采用無線電充放電技術，與電網能夠產生更強的互動，通過智能互動系統的連接來自動控制電動汽車合理的進行充放電，提高可再生能源消納能力。其次，能夠有效減少電動車充放電對電網帶來的沖擊影響，與有線的充電方式相比較，無線充電方式將充電地點分散開來，有利于提高電動汽車充電的聚集度，由于電動汽車充放電與電網之間并無物理連接，充電過程也變得更具靈活性、安全性，分散連續充電也降低了快速充電，有效減輕電動汽車的充放電對電網帶來的沖擊。另外，能夠有效的降低對于電池容量需求，電動汽車行駛距離越長，則電池就越容易失效，用戶必須及時更換新的電池。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智能家居中的應用

隨著智能化技術的研究和發展，智能家居稱為近幾年的熱門話題，而對于智能家居中的家用電器來說，采用無線電能傳輸技術具有較為明顯的優勢，能夠擺脫傳統的充電線纜對電器互聯的限制，體現出了更大的便捷化、人性化，人們更加趨向于“無尾”家電的應用。

3.3醫療設備中的應用

在醫療設備中，無線電能傳輸技術同樣能體現出較大的優勢，主要是應用與集中植入式的醫療設備中進行無線供電，例如：心臟起搏器、全人工心臟等等。植入式的醫療設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行供電。在人體植入式設備中進行非接觸式的無線電能傳輸是當前研究的主要熱點，無線電能傳輸在醫療設備中的應用主要具有以下幾點優勢：第一，避免導線與人體皮膚直接接觸，防止由于感染而出現并發癥；第二，避免植入式電池的電能耗盡之后需要進行手術來更換的問題，降低了由于手術而帶來的二次傷害；避免人體皮膚直接進行電氣連接，消除了意外點擊的安全隱患，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工業中的應用

將無線電能傳輸技術應用到工業中，具有廣闊的發展前景。在工業中的特殊場合中，例如設備監測裝置、水下機器人等，在以往的供電過程中，即使這些特殊的場合也通常采用換電池或是電纜傳輸的方式來進行供電，造成設備無法正常使用及維護。而采用無線電能傳輸技術能夠有效的克服這些缺點。

4結束語

綜上所述，無線電能傳輸技術經過較長時間的發展，當前能夠被應用到許多領域中，為人們的生產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，在今后的發展過程中，應當積極探索，不斷創新，在技術上取得突破，將無線電能傳輸技術進一步完善，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

[1]黃學良，譚林林，陳中，等，無線電能傳輸技術研究與應用綜述[J].電工技術學報，2013，10（26）：69-70.

[2]范興明，莫小勇，張鑫.無線電能傳輸技術的研究現狀與應用[J].中國電機工程學報，2015，5（20):94-95.

無線電能傳輸范文第2篇

【關鍵詞】E類功放;最適頻率調節;高效率;無線電能傳輸

一、引言

與傳統的電力傳輸不同，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。它通過能量轉換和空間輻射來實現。WPT主要通過電場耦合、電磁感應、磁共振、無線電波四種方式來實現非接觸式的電能傳輸，被美國《技術評論》雜志評選為未來十大科研方向之一。

近年來國內外各研究機構（如日本產學研國際中心，英國劍橋SplashPower公司），相繼研發出了短距離無線供電產品。美國的Powercast公司開發出的無線充電技術，可為各種耗電量相對較低的電子產品（如手機、汽車零部件）充電或供電。Powercast公司計劃推出數百萬個無線充電器。該技術得到如此青睞，雖然目前在遠距離、高效率仍處于瓶頸，但不久的將來一定會攻克，無線電能傳輸將開辟人類的一個新紀元。

在理解無線電能傳輸的基礎上，本裝置采用E類功放完成能量轉換，發射與接收線圈以磁共振方式傳輸能量，非接觸式地為負載提供電能，以滿足擺脫移動設備電源線的束縛，實現電能無線傳輸的愿望。

二、基本原理

系統電路整體框圖如圖1所示，主要由前級能量變換裝置（和最適頻率自動調節電路）通過空心線圈將能量傳送，和后級采用同樣空心線圈的接收能量裝置并對能量進行合理轉化兩部分組成，兩個分離的電氣部分通過磁共振方式實現能量無線傳輸。本系統可分為4個模塊組成，下面分別詳細介紹每個模塊：

圖1 系統電路整體框圖

（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類功放，理想開關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100%。E類功率放大電路前、后半周期原理圖如圖2所示，當開關管導通時諧振頻率：

品質因數：

開關管斷開時：

品質因數：

E類逆變器的開關頻率總是要滿足，對應的有。L1為射頻扼流圈（一般取值大于10倍的L2），L2、C2構成串聯諧振回路（本系統L2采用空心線圈），C1是場效應管輸入電容，為分布電容和外界電容的總和（見圖2）。

（二）無線傳輸模塊

發送、接收模塊采用相同的LC諧振頻率以磁共振的方式進行能量傳輸，相比其他方式，磁共振無需線圈間的位置完全吻合，即可實現能量高效長距離傳輸。LC諧振有串、并聯兩種形式。由于發送模塊前級連接E類功放，所以發射模塊只能采用LC串聯形式，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LC諧振方式則后級近似為恒流源，采用串聯LC諧振方式則后級近似為恒壓源。

圖2 E類功放前（左）、后（右）周期原理圖

（三）最適頻率自動調節模塊

采用磁共振方式無線傳輸，理論上需將開關頻率、發射、接收諧振頻率一致，但實際中，由于空心線圈、電容等器件誤差的存在和環境等因素的影響，經過實驗證明，開關頻率需略低于發射、接收諧振頻率，效率才會達到最高點。結果證實，當發射模塊的功率達到最大時，系統的效率最高。因此，本系統采用MCU檢測電路中的電壓、電流，通過閉環控制自動尋找最適的開關頻率使得效率達到最，省去了接收模塊的MCU檢測模塊，進一步防止了效率的損失。

（四）整流、濾波、斬波模塊

接收模塊經LC諧振回路將發射模塊的能量接收，要根據不同負載的需求，選取適當的整流、濾波、斬波電路[2]。不同的后級整流電路，因寄生電容等參數的存在，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 前級硬件原理圖

三、硬件電路實現

前級硬件原理圖如圖3所示，系統由15V直流電輸入，通過L1、L2、C1、C2以及MOS構成的E類功放電路實現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22nF的100V耐壓值的CBB電容串聯，其串聯后耐壓值增加一倍，電容值為11nF，經計算可知，系統

的諧振頻率約為179KHz。扼流電感L1采用鐵硅鋁材質的磁環，繞制成1mH的電感。本設計采用TI公司的低功耗MCU--MSP430F6638控制UCC27211 MOS驅動器驅動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，如果逆變器工作在最優狀態，其輸出功率為最大值。結合MOS的寄生電容和經過多次測量得知此設計最佳工作狀態下的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，而開關頻率本系統采用通過輸入20mΩ的采樣電阻進行電流采樣，INA282將采樣的差分信號放大50倍送往MCU，MCU處理輸入功率變化信息，不斷調節驅動MOS的PWM頻率至最適點，閉環控制使效率達到最高。

后級硬件原理圖如圖4所示，接收諧振電路L3、C3與發射諧振電路L2、C2取值、取材完全相同，目的是確保諧振頻率點完全相同。后級經過全橋整流、電容濾波后給負載供電。

圖4 后級硬件原理圖

四、仿真與測試

用MATLAB-Simulink仿真[4]，對于不同的C1值仿真出現截然不同的結果，最終確定C1的最合適值為22uF，不同C1值對于的發射線圈波形見圖5。

圖5 不同C1值對應發射線圈波形

本系統在無線傳輸距離為10cm、輸入直流電壓為15V、接收端輸出直流電流為0.5A時，硬件改變引起頻率自調節，整機效率最高可達75%。并可以點亮10個1W串聯的白色高亮LED，也能夠實現單點發射、多點接收的功能。整機測試數據如表1所示。

表1 整機效率測試數據

自調節頻率（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、結語

本系統由基于E類功放的能量變換模塊、無線發送、接收模塊、最適頻率自動調節模塊和整流、濾波、斬波模塊四部分組成，實物測試結果表明該電路可以高效率的實現無線電能傳輸，并能夠實現單點發射、多點接收的功能。本設計為無限供電技術的進一步推廣與應用奠定良好基礎，為物聯網的進一步發展提供支持，當人類解開電線的束縛時，我們將迎來一個全新的世界。

參考文獻

[1]董佳興，薛新.高效E類功率放大器的設計[J].通信對抗，2006.

[2]王兆安，黃俊. 電力電子技術[M]. 北京：機械工業出版社，2004.

無線電能傳輸范文第3篇

可能在不遠的將來，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備電源線等麻煩。利用無線方式將電能傳輸到所用產品的技術即將進入實際應用階段。技術之一稱為“非接觸式充電”，是一種只要將電子產品放在充電臺上就能充電的技術。目前，這種技術已經在部分領域中得到應用，包括電動剃須刀、電動牙刷、凈水器和無繩電話等。由于這種技術在增人功率等方面不斷取得進展，也有可能應用到于機等出貨量非常大的電子產品中。對于這種技術，NTTDoCoMo公司等日本和國際運營商都在積極從事研究開發工作。

同傳統的接觸式充電器相比，非接觸式充電的最大特點是充電臺可能“隨時隨地都存在”。例如，有些人提出在汽車儀表盤的低凹區、咖啡店的餐桌等處設置充電功能的想法。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、照明設備以及電動汽車等進行充電或者供電。在這樣的地方放置手機或者停放汽車時就可以開始充電。另外一種新技術的開發工作也在取得進展，這種新技術可以使于機具有給其他人的手機充電的功能。

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

如果非接觸式充電以及無線傳輸電能方式得以實現，許多電子產品及終端會比以前更容易使用。

大約100年前電子技術問世時，就已經開始利用無線力式向終端提供電能的技術研究，現在終于逐步取得成果，大約10年前又開始應用到有限的用途上。預測認為，在2007年下半年～2008年間，這種技術將陸續被普通手機或MP3等電子產品所采用。 例如，在歐洲市場上，從2007年第二季度開始，將推出手機“非接觸式充電系統”。這種系統所采用的技術，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，摩托羅拉公司正在開發采用這種技術的手機。2007年2月，蘋果公司也提出了關于非接觸式充電器(而向該公司的iPod及iPhone等)的專利申請，顯示出對這種技術的高度關注。在日本，NTTDoCoMo公司正在積極推進開發工作，并且已經在2005年開發試制出第一部擁有無線充電功能的手機樣機。此外，與非接觸式充電技術不同，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問世，其中一部分技術將在2007年內應用到照明設備領域中。

市場、技術及競爭條件全部具備

最近，上述技術突然成為廠商以及研究人員關注的焦點，原因在于市場擴大、技術開發取得進展、競爭技術滯后這3個條件已經全部具備。市場擴大，是指利用電池工作的便攜式終端的數量及種類正在日益增多。美國Powercast公司的CEO兼創始人John G Shearer指出：“人約7年以前，像現在這樣節省電能的筆記本電腦、可拍照手機、MP3等都還沒有出現。直到最近，利用無線供電才漸漸有了現實性。”據悉，該公司已開發出一種相關技術。

利用無線方式傳輸電能的技術正在迅速發展。例如，關于非接觸式充電技術，實際接收功率與發送功率的比值，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，這種技術在原理上與電磁爐相同，如果功率損耗太大，將直接導致終端異常發熱。因此，在效率很低的情況下，充電頻率很高的手機等電子產品無法應用此技術。除了非接觸式充電技術以外，新開發的技術還有：功率比較小，但最遠可將電能傳輸到大約10m以外終端的技術；另一種是目前還沒有應用實例、可用無線方式提供電能的新技術。

另一方面，電池技術的發展已經接近極限，迄今為止，電池技術一直推動著便攜式電了產品的普及，并且是無線供電技術的競爭對手。最近幾年，電池沒有取得重大技術進展，預測認為，今后除非燃料電池投人實際應用，否則，容量不可能急劇擴增。

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

三類無線技術晶有希望

現在已經問世的無線供電技術，根據其電能傳輸原理，大致上可以分為三類。第一類是非接觸式充電技術所采用的電磁感應原理，這種非接觸式充電技術在許多便攜式終端里應用日益廣泛。這種類型中，將兩個線圈放置于鄰近位置上，當電流在一個線圈中流動時，所產生的磁通量成為媒介，導致另一個線圈中也產生電動勢。

第―類是最接近實際應用的一種技術，它直接應用了電波能量可以通過天線發送和接收的原理。這和100年前的礦石收音機原理基本相同：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，這種技術的效率得到提高，并正在推動廠商將其投入實際應用。

第三類是利用電磁場的諧振方法。諧振技術在電子領域應用廣泛，但是，在供電技術中應用的不是電磁波或者電流，而只是利用電場或者磁場。2006年11月，美國麻省理工學院(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或者磁場應用于供電技術的可能性。

得益于RF ID的進展

在上述三類技術中，電磁感應型和電波接收型這兩類技術最近的發展都得益于RF ID技術的進展。例如，90年代中期的13.56MHz頻段的非接觸式IC卡是電磁感應型，在很短時間內為中國香港特別行政區幾百萬市民所采用。隨后，又迅速擴展到剃須刀、手表、電動汽車的充電器等應用。

UHF頻段等通信距離達到幾米的RFID，不僅接收電波，而且利用其能量驅動集成電路或者存儲器工作，并可向讀卡器發送電波。針對這種技術，還開發了正向電壓降非常小的肖特基勢壘二極管。Powercast公司開發的電波接收型以美國匹茲堡大學的技術為基礎，而該大學的技術是一種無源型RFID。

預測認為，上述兩種技術在2007年-2008年很可能出現多種應用實例，導致今后的便攜式終端發 生重大變化。Powercast公司銷售和市場執行總裁Keith Kressin解釋說：“不僅現有的通信終端制造廠商前來咨詢我們的技術，服飾生產廠商及醫療設備廠商也都來咨詢。”

另外，諧振型所利用的電場或者磁場是近場電磁場，其基礎是近場光和光通信技術、光學晶體以及位變材料等新領域的研究開發工作。

根據功率和距離區別使用

基于三種原理的技術，所能夠發送的距離和功率各不相同，其主要的使用方法電不相同。電磁感應型能夠發送的功率非常大，最大達到幾百KW，但是，發送器能夠發送的距離僅為1cm以下。因此，在便攜式應用中，基本上還必須用電池，其主要作用是減少充電時的麻煩。不過，日本橫浜國立大學工學部電子信息工程專業教授河村篤男認為：“有可能應用到為汽車及無軌電車充電方面。”東京大學副教授高宮真則認為：“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、吸塵器以及裝飾性照明設備等供電。”

電波接收型的最大發送距離長達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時消耗的功率。然而，Powercast公司的Shearer聲稱：“對于手機來說，有可能將5小時的可連續通話時間延長到10小時。”如果將電能發送器裝入室內的電燈等器具中，可能不需要特意將便攜式終端放置于充電器上就可以進行充電，從而大大減輕用戶的負擔。

此外，關于諧振型無線傳輸電能技術，其電能發送距離可以達到3m-4m，而且，可以發送高達幾LkW的大功率。因此，麻省理工學院的Soljacic認為：“可以沿著市鎮內以及高速公路上設置的柵欄安裝無線，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化設備供電。這些場合都不再需要使州電池。”

很多問題有待解決

但是，要實現這些技術還必須解決許多問題。例如，關于電磁感應型技術，如果充電器不具有認證對方設備身份的功能，就有可能對放在充電臺上的所有金屬片傳輸電能。如果對方設備不具備相應的接收電能的電路，就會成為被加熱的物體，這種情況非常危險。另外，在終端設備的次級線和電路之間也需要進行屏蔽。電波接收型的問題是功率傳輸效率低，因為發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：“在電視臺播送電視節目等場合，損耗的功率遠比電波接收型多。”實際上，發送器的輸出功率必須遵守電波管理法規，容許輸出的最大功率是幾瓦，所損耗的功率就和一個一直點亮的小燈泡差不多。

諧振型的最大問題是如何確保所使用的頻率。在幾米的距離內發送電能所需要的頻率是幾MHz-幾百MHz頻段，這恰巧是一個最難以共用的頻段。

現在，利用無線方式傳輸電能的三種方法的開發狀況各不相同。

電磁感應型方法已經在無繩電話等設備出投入實際應用，目前，面向手機的非接觸式充電器，正在積極開發2W～3W級的供電技術。在日本，相應的手機產品最早可能在2008年下半年上市。

電波接收型已經在美國的動物園等地采用，也許在2008年會應用到各種便攜式終端中。至于諧振型，仍然處于在大學進行研究開發的階段。但是，正積極從事諧振型研究的麻省理工學院明確表示，試制系統樣機預定在2008年完成。

電磁感應型手機首先進入商用設計階段

幾種無線供電技術中，電磁感應型正在廣泛領域里進行技術開發。特別是在日本，手機制造廠商及相關元器件生產廠商的技術開發工作非常活躍。

關于手機的電磁感應型非接觸式充電器，松下移動通信公司技術部產品開發中心產品設計一部經理奧肩之表示：“基本方式的研究已經結束。現在正進入商業應用設計階段。”在這一階段，并不進行具體終端的開發工作，而是探討解決商業應用設計及批量生產時可能出現的技術問題。

手機非接觸式充電器開發廠商以裝入便攜式設備的程度，各家公司都采用了細導線。為了減少這時的損耗，先將若干根導線擰制成多股線，然后再卷繞成線圈使用。預先將導線擰制成多股線的目的是為了減少相鄰導線之間產生的寄生電容，以降低損耗。例如，日本東光公司使用多股線繞制成初級和次級線圈，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。

下一個問題是ID認證，這是只柏在充電臺和特定的手機對應時才能實現充電功能的機制。通過分別集成在充電臺和于機中的控制芯片相互交換的幾十位ID信息，可以防止給未經認證的設備或者其他物體充電。這可減少對誤置于充電臺上的便攜式設備進行充電的事故，并且減少充電臺被非法盜用的危險。

各家公司在充電臺和手機之間交換ID信息的方法并不一樣，但是，關于信號的調制方式，有可能采用幅度調制或者相位調制。所使用的數據是8位或者64位，有的廠商采用128位。至于認證所需要的時間，在精工-愛普生公司開發的樣機中是200ms。

不容許靈敏度惡化

電磁感應所產生的磁通量對于于機RF電路形成的影響也要設法抑制。因為充電時交流電源的某些頻率有可能成為電磁噪聲泄漏到手機RF電路中。例如，當手機在充電過程中出現用戶接聽電話等情況時，就有可能產生電磁噪聲。奧啟之強調說：“當手機進行單區段電視接收、GPS、W-CDMA或者GSM等各種無線通信時，都要求在充電過程中靈敏度不致下降。”

在設計終端時，必須在次級線圈的周圍設置屏蔽。另外，考慮到用戶可能會同時使用多種無線通信功能，各廠商準備以大量的通信功能組合進行電磁噪聲的試驗。

位置對準問題

充電時，充電臺和終端的位置對準問題也要解決。當初級端線圈的中心軸和次級端線圈中心軸的位置一致時，初級端對于次級端的電能供給效率最高。但是，當兩個中心軸的位置略有偏差時，效率就會下降。因此，手機制造商采取了措施，只有當線圈所處的位置能夠得到足夠的效率，充電指不燈(發光二極管)才點亮。

據了解，線圈等元器件生產廠商針對這個問題采取的對策將會成為競爭的重要武器，有利于實現產品的差異化。例如，明日香電子公司開發的技術，據稱在中心軸偏離±5mm的情況下仍然能繼續保持60％左右的效率。這種技術采用了對初級端線圈的磁通量方向等進行控制的方法。

東京大學研究小組為了減少位置對準偏差所產生的影響，正在研 究增加初級線圈數量并且提高密度的方法。據稱，在對1個次級線圈設置9個初級線圈的情況下，效率可以控制在22％～46％的范圍內。而在初級和次級線圈分別為1個的情況下，效率的變化范圍很大，達到0％-60％。此外，英國Splashpower公司使線圈產生的磁通量與終端的設置面平行。該公司解釋說，使初級線圈實現自由旋轉，可以自動地設定線圈位置，將次級線圈和初級線圈經常保持在最適當的位置上。

同時提供數據通信功能

電磁感應型是為手機充電器開發的。精工一愛普生公司已經試制出一種非接觸式充電系統，同時可以進行最高速度為96Mbps的數據傳輸，可應用于數碼相機、MP3等數字內容的收發。明日香電子公司正在考慮，將來的產品在具有充電功能的同時，還擁有和USB2.0相當的480Mbps的數據傳輸功能。

此外，作為未來的技術，廠商正在研究電能雙向傳輸的技術，可供手機之間共享電能。因此，目前供初級端線圈使用的控制芯片需要實現小型化等。

電波接收型不需選擇頻率即可接收電能

預測認為，電波接收型在2007年也將有幾款產品上市。與電磁感應型不同，目前表示要將這種技術投入商業應用的只有Powercast公司。據稱，該公司正同幾個廠商進行共同開發。

采用分立元器件構成的電能接收電路的電路板尺寸比較小，“不包括放大器時，電能發送端的電路尺寸僅為接收端電路的一半左右。如果和RF電路共用放發器，可以節約更大的空間。下一款模塊計劃制成集成電路，進一步實現小型化。”

收集周圍的電波加以利用

由于電路本身簡單，盡管現在采用分立元器件構成，但足，電路印制板的尺寸仍然比較小。對于具體技術細節，Powercast公司并沒有透露，不過，在該公司的專利申請書中提到，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作用的諧振電路線圈以外，同不帶放大器的調幅收音機的接收電路類似。其中，整流二極管采用了肖特基勢壘二極管。關于這項技術，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補充道：“在使用載波傳遞信息的收音機中，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。”據稱，除了發送器發射的電波以外，當位于電視臺及廣播電臺的發射塔附近時，也可以利用那些電波的能量。

現在設計的發送器電路將采用UHF頻段(902MHz-928MHz)的頻率。但是，該公司表示：“根據用途及各個地區電波管理法規的差異，我們計劃開發ISM頻段(2.4GHz頻段)以及調幅收音機等的中頻頻段、供調頻和電視機使用的VHF頻段和UHF頻段的模塊。”

效率大約是50％

Shearer解釋說，該公司的技術有兩種應用方法：一種用法是對無線鍵盤或者無線話筒等直接供給電能，還有一種是對電池進行涓流充電，然后利用存儲的電能。根據這兩種不同的用法，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，是因為在直接供給電能的情況下，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，這是相對于接收端天線所接收到的能量的利用效率，而相對于發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，這種技術的應用領域是手機和小型無線通信終端群，也包括便攜式產品，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準，不單是電池的容量大小，還包括待機時間是否長于使用時間。”即使工作時消耗的電能很多，但如果待機時間長，就能有足夠的時間充電。

據介紹，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，可能達到10m以上。現在開發的天線采用長度大約15cm的偶極天線。該公司認為：“在天線技術方面，我們沒有花費多大的成本。如果精心制做天線，電能傳輸距離應該能達到20m。”

諧振型取代無軌電車的導電弓

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

實現諧振型的關鍵之一，是在電場情況下，天線所用電介質的介電常數必須非常高(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96)、BaTi409(介電常數37)、LiTa(介電常數40)等。在電場情況下，還必須對圓板激活特定的振蕩模。當圓板周圍的振蕩模為m＝2或3時，耦合最強。

在磁場情況下，需要將環形天線的一部分制成電容器的形狀，并且依照環形本身的電感構成LC諧振器。這樣，Q值可達到1000以上，而且，絕大部分電能都被諧振天線吸收。因此，可在幾米的距離內傳輸幾千瓦的功率，這是在同樣利用磁場的電磁感應型中所不能實現的。

受距離和天線尺寸之比的制約

還有一個關鍵是，(與產生振蕩時的頻率相同的電磁波的波長)與D(無線之間的距離)和r(天線的半徑)之比應當大致保持一定。在電場情況下，改變振蕩模或者天線的介電常數，這個比值就會發生變化；在磁場情況下，改變諧振器的L或者c值，這個比值也會發生變化。例如，環形天線的電容器縫隙減小時，靜電容就會變大，頻率將會下降。然而，因為是在近場中的諧振現象，所以，波長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。

上述特點既是優點也是缺點。麻省理工學院的Soljacic指山，優點是諧振效果同系統的尺寸本身無關。天線的尺寸越大，則傳輸的距離越遠，而且，也可以應用于MEMS等小元件之間電能的收發。與電波收發所用的天線不一樣，諧振型天線可以利用遠遠短于波長的小型天線，而且不必介意極化波。

其缺點足，在電能傳輸距離相同時，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。因為總會有‘些能量以電波的形式泄漏出去，所以，與現有無線電系統共用時可能會出現問題。

磁場強度與地磁相當

無線電能傳輸范文第4篇

【關鍵詞】 無線電傳輸技術 現狀 應用

隨著社會經濟的發展，人們對無線電傳輸技術的質量有了更高的要求。傳統的電能傳輸技術已經暴露了諸多問題，比如說導線接觸產生的火花、碳積累及帶電導體等。無線電傳輸技術是一種用無線電能傳輸的一種新技術，與傳統的傳輸技術相比，無線電傳輸技術不需要用導線之間相連，這就避免了有線傳輸技術帶來的那些問題，具有更加安全、高效、方便的優勢。近些年來，無線電傳輸技術已經在眾多領域應用，產生了非常好的效果，特別是在軍事、石油、礦井、醫療等領域中的應用。因此，對無線電傳輸技術進行研究是非常有意義的課題。

一、無線電傳輸技術簡述

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，是通過發射器將電能轉換為其他形式的中繼能量（如電磁場能、激光、微波及機械波等），隔空傳輸一段距離后，在通過接收器將中繼能量轉換為電能，實現無線電能傳輸。現有的無線能量傳輸技術主要有三種形式：（1）電磁感應技術；（2）電磁耦合共振技術；（3）基于微波或光波的原場輻射技術。

電磁感應耦合式無線輸電系統是基于一種電磁感應耦合理論、現代電力電子能量變換技術及控制理論的新型電能傳輸模式。無接觸電能傳輸系統屬于疏松耦合系統，傳輸性能一般較差。為了提高系統的傳輸能力，初級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的最重要組成部分，它的性能對于整個系統的穩定、高效起著至關重要的作用。發射端和接受端之間是利用電磁感應耦合的方式來傳遞能量的。電磁耦合共振式無線輸電系統 中程無線輸電方式是基于電磁共振耦合原理，利用非輻射磁場實現電能高效的傳輸。其原理是基于2個電磁波在滿足規定條件的情況下，在同一波導（腔體）的不同電磁波的模式之間或不同波導（或腔體）的同一電磁波模式之間可以發生耦合諧振的現象，通過理論分析計算或實驗的方法選擇耦合模參數，利用強磁場耦合共振方式使能量在收發2 個諧振腔之間有效傳輸。遠場輻射式無線輸電系統 遠場一般指遠遠大于裝置尺寸的幾千米以上的傳輸距離。只要合理設計接收機形狀，采用高精度定向天線或高質量的平行激光束就可 實現遠距離傳能。 通過無線電波可以在微波范圍內實現能量定向傳輸，接收端采用硅整流二極管天線可將微波能量轉換回電能。

二、無線電傳輸技術的現狀及應用

電磁感應技術一般適用于距離比較近、功率比較低的傳輸系統中；電磁共振技術通常在距離適度、功率中等的條件下適用；基于微波或光波的原場輻射技術一般在功率比較大、傳輸距離比較遠的環境中適用。近些年來，隨著各種便攜式設備和電器的應用，采用有線的技術，既不安全，也容易磨損。特別在一些比較特殊的領域，有線傳輸的危害更大，比如說礦山礦井、石油、孤立的島嶼以及自然環境惡劣的環境中等。因此，無線傳輸技術具有極大的應用市場。

1、醫療領域。無線電傳輸技術的發展和應用改變了醫療領域植入式電子系統的供電方式。如心臟啟博器的核電池，其充電方式一般采用ICPT和RFPT等進行體外能量傳輸。在醫療電子系統中，主要采取RFPT技術，通過體外與體內兩個線圈之間的電磁耦合輸送電能，主要有經皮能量傳輸和直接能量傳輸。隨著植入式系統的復雜化，系統的功耗越碓醬螅對于短期植入式系統，電池完全可以勝任，如膠囊內窺鏡。但對于長期植入式系統往往不能滿足要求。無線和光電供電能解決上述問題。

2、航空領域。無線電傳輸技術在航空航天領域已經開始得到應用。MPT技術的發展也推動了空間太陽能發電和衛星技術的革新。空間太陽能電站發出的電能可通過微波向衛星和地面傳輸電能。空間太陽能電站中的WPT技術發展經歷了很多的階段發射反射和接收技術等得到了很大的發展。

3、水下領域。水下高頻功率傳輸損耗是關鍵問題。由于海水是優良導體，其電阻隨著頻率的增長而增加。隨著工作頻率的提高，海水導電面積減小電流主要從電纜流通。海水作為導體損耗增加。在研究水下電能傳輸時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。

結語：無線電傳輸技術是一種用無線電能傳輸的一種新技術，與傳統的傳輸技術相比，無線電傳輸技術不需要用導線之間相連，這就避免了有線傳輸技術帶來的那些問題，具有更加安全、高效、方便的優勢。隨著無線電傳輸技術的發展，它可以在更多領域得到普及和應用，這對于促進社會進行發展具有重大的現實作用。

參 考 文 獻

[1]戴衛力，費峻濤，肖建康，范新南.無線電能傳輸技術綜述及應用前景[J].電氣技術，2010，（7）.

無線電能傳輸范文第5篇

關鍵詞：無線；電力傳輸；技術；建筑

無線電力傳輸就是利用無線電的手段，將由發電廠制造出來的電力轉換成為無線電波發送出去，再通過特定的接收裝置將無線電波收集起來并轉換為電力，供人們使用。最早提出并設計成功無線電力傳輸的科學家是著名的物理學家特斯拉，利用特斯拉線圈（一種分布參數高頻共振變壓器）可以獲得上百萬伏的高頻電壓。 特斯拉線圈的線路和原理都非常簡單，現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導體，地球電離層作為外導體，通過他的放大發射機，使用這種放大發射機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，利用環繞地球的表面電磁波來傳輸能量。

這一系統與現代無線電廣播的能量發射機制不同，而與交流電力網中的交流發電機與輸電線的關系類似，當沒有電力接收端的時候，發射機只與天地諧振腔交換無功能量，整個系統只有很少的有功損耗，而如果是一般的無線電廣播，發射的能量則全部在空間中損耗掉了。2007年6月，麻省理工大學的物理學助理教授馬林?索爾賈希克（Marin Soljacic）和他的研究團隊公開做了一個演示。他們給一個直徑60厘米的線圈通電，6英尺（約1.9米）之外連接在另一個線圈上的60瓦燈泡被點亮了。這種馬林稱之為“WiTricity”技術的原理就是“磁耦合共振”，他將特斯拉有生之年因沒有財力實現的這一主張變為現實。這種方案不僅可行，而且效率極高，對生態安全，并且不會干擾無線電通信。

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力汽車在日本投入試運行，用于東京雨田機場航站之間的旅客運輸。該汽車利用電磁感應原理及電能轉換等技術用無線的方式實現充電，只需停在設置在路面的電源線圈的正上方就能給汽車內的鋰電池快速充電。該車最高時速為80km/h，如果僅使用電力運行，充電一次可行駛約15km。更廣范圍的應用研究計劃在2015年前后將其投入到居民生活當中。

在2010CES展會上，海爾推出了一款無尾電視，正是應用了無線電力傳輸技術，只不過大范圍的電力技術涉及到世界范圍內的能量廣播和免費獲取，在現有的政治和經濟體制下，無人實際問津這種技術的大規模應用。

在建筑物內以常規電能為主，以生物質能、太陽能、風能互補為輔可以構成多動力源系統，因所述能源技術可以方便實現，故在此不再對能源構成贅述。根據現有電能無線傳輸技術的應用結論，利用小功率無線電能傳輸裝置，在建筑物內實現電力無線傳輸的設計思路。

在建筑物內可使用多功能家用電器無線供電“膜片”對家用電器供電。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家電進行無線供電――該特制塑料膜上面印刷有半導體感應線圈，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供電。使用前家用電器需要裝上可接收電能的感應線圈，然后放到相應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可控的有機晶體管，感測兼容電子設備接近的銅線圈、接通或斷開電源的MEMS開關、傳送電能的銅線圈。當電器進入薄膜2.5cm范圍內，最靠近的MEMS開關接通電源，電感線圈就利用電磁感應向設備供電。試驗驗證，扣除發熱損耗的情況下能量轉換率可達62.3%，可轉送30W電力（如果加大膜片尺寸可達100W）。據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可隨意放置。在無電源線的吸塵器、筆記本電腦以及家用機器人等的應用方面有廣闊前景。

目前，無線電電力供給有三種方式：電磁感應性（利用電流通過線圈產生磁力實現近程無線供電）、電波接受型（電力轉換成電波近程無線供電）、磁場共鳴型（利用磁場等共鳴效應近程無線供電），實驗證明：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、安全性的比對測試，確認均不存在問題的情況下，就可以穩步推動家電產品無線化進入高效安全的實用化階段了。”

業內專家分析認為，在解決了能效轉化效率、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，還將在大量節省布線所用的銅、塑料以及人力等資源方面發揮顯著作用。

參考文獻：

[1]楊成英、陳勇.中程距離無線輸電的實現[J].科技信息，2009（3）

[2] 魏紅兵等.電力系統中無線電能傳輸的技術分析.《西南大學學報（自然科學版）》 2009年09期