无线电能传输技术的关键基础与技术瓶颈问题

姜鹏 国家新闻出版广电总局哈尔滨监测台

1 无线电能传输技术的关键基础问题

1．1 发送与接收原理

当前，无线电能传输的三个主要形式包括电磁感应式、磁耦合谐振式以及电磁波辐射式，而这三者又存有利弊。第一，电磁感应式拥有极高的传输效率且节约材料的使用，但传输的距离仅限制在厘米之内，加上易受到传输位置影响，产生发热现象。第二，磁耦合谐振式的优势在于极高的传输效率与产生的辐射较小，但其造价成本过高，易受外界干扰而失谐。而电磁波辐射式尽管具有传输距离远的优点，但由于其受到障碍物影响较大与传输效率太低。因此在今后的研究中，需要改进和组合无线电能传输的方式优势，注重发送与接收原理的研究，以此解决传输的距离与效率这类关键基础问题。

1．2 电源频率、传输距离与功率定量关系间的问题

无线电能传输的重点和研究对象一直是其电源频率、传输距离与功率定量这三者间的关系。根据目前最新的研究结论，感应耦合式的传输效率与传输距离成反比，而磁谐振耦合式在传输距离到达一定程度时，功率与传输距离会成正比，此时传输功率会因改变电源频率而提升。但到目前为止，还未出现这三者之间的关系论文。在应用过程中，保持一个变量不变，去研究其余两个变量之间的关系，是电气研究工作者首要解决的问题。

1．3 先进传导材料在无线传输中的约束机制

实现距离远、效率高、功率大的无线传输是电气领域研究的主要目标，而借助先进传导材料去解决传输距离与功率大小是另一种手段。当前，为了尽可能减少欧姆的消耗，提升转换性能，采用超导材料完成电能耦合天线，实际测量先进材料对无线电能传输的影响，表明超导材料能明显提升传输的性能。在实际的研究过程中，工作人员为扩大传输范围，利用超导材料完成高效发射器与聚焦磁场，来进一步探究超导材料对传输效率的影响。尽管多数原因的限制，超导材料的发掘与合成进程缓慢，但随着材料科学的进步，相信今后的先进材料能更好的促进无线电能传输的效率。

2 无线电能传输技术的瓶颈问题

2．1 系统技术的集成效果问题

无线电能传输技术的效率、距离、性能以及运行都与系统技术的集成效果有关，主要存在四方面的技术问题：第一，系统该如何提高电能传输的效率，系统的消耗主要源于器件的损耗，因此在选择组件的过程中选取器件、设计等环节显得尤为重要。第二，通信交互与频率跟踪的问题，电能传输的关键在于发射器与接收器之间的谐振状态同步，因此在无线传电的过程中需要在负载端与控制端获取准确地装置信息以及运行状态，以此判断系统所处的工作模式，获取最佳的传输效果。同时为了提高控制的效率，增加频率的跟踪功能也十分必要。第三，系统外物对于系统工作的干扰分析。由于无线电能传输需要有一定的间距，期间必定会有相应的电磁障碍物，需要实时分析改电磁障碍物所产生的磁场对于系统的谐振点偏移影响，以此提升运行稳定性。最后，高可靠大功率的无线电源该如何设计也成为技术的难点，随着距离的增长，电容与功率也要相应的扩大，而传输规模直接决定着电源设计的难度与体积，因此在无形之中增大了无线传输距离的局限性。

2．2 电磁兼容与频段占用问题

电磁兼容的内容为各部分电气设备在同时空内工作，周围会产生相应强度的电磁场，且此电磁场会以辐射、传导等方式把能量耦合到另外的设备上，使得其他设备处于停滞状态，同时此类设备也可能受到其他设备所产生的磁场干扰，导致处于停滞状况。而无线电能传输系统在运行时周围会形成高频的电磁场，以此保障发射器与接收器之间电能与数据的传递与交换工作。基于此点，该系统所使用的设备必须达到电磁场的兼容标准，不受到其他设备所产生的电磁场干扰，又能完整的处理其余设备或物体进入该磁场内部所产生的能量波动与信号产生，实现系统的稳定运行。与此同时，无线充电与现行工作的频段相异，在各个运行阶段保持无线频段的不同，能有效稳定传输的效率。

2．3 无线电能传输产品标准化问题

建立完整的产品标准化规定能有效地促进企业生产效益与经济收益，能有效保证产品的质量安全。无线电能传输技术在航天航空、电气工程及自动化、网技术通信工程、建筑材料工程以及城市轨道交通工程的等多方面都有涉及，随着技术的不断发展，会逐步深入我们生活中的方方面面。而现如今，国内现有的无线电能传输产品的标准规定较为落后，已经无法满足技术发展的需求，急需制定新的标准化规定，以此规范市场所生产的产品，防止不良舞弊的生产出现。

3 结束语

综上所述，无线电能传输技术具有较大的市场价值与发展潜力，但是关键基础问题与技术瓶颈问题仍严重阻碍了其广泛投入应用的关键因素，本文就现实实际而言，对于目前已有的关键基础与技术进行全面剖析，从全局角度分析其问题所在的原因，认为在今后的无线电能传输研究过程中应注重对其原理的探究，加大对其技术投入的力度，真正意义上做到远距离、高传输、无阻碍这三大特点，进一步去促进无线电能传输技术水平的进步。