无线电能传输功率及技术研究

吴正斌 邓小军

摘要：在社会快速进步与发展的过程当中，科学技术水平也在不断提高，对于无线技术的应用也越来越深入，如何通过无线技术进行电能传输，是各国专家及工作人员重点研究的领域。基于无线技术进行电能传输，若是能不断创新与改革，那么对于整个社会科学技术的进步与发展都会产生推动作用，但是对于该技术来讲，在当前研究背景下尚处于技术推广阶段，仍然有许多问题也没有得到解决，在本文中就将对无线电能传输中传输功率和传输技术进行研究。

关键词：无线技术;电能传输;功率;技术

分类号：TM724

1.前言

传统的有线输电方式存在着线路老化，触点磨损的问题，对恶劣天气适应性较差。而无线电能传输方式不存在物理接触，没有外露接口，具有安全、便捷、易维护、使用方便的优点。著名科学家和工程师Nikola Tesla早在19世纪中期便提出了通过无线的方式来传递电能的设想。2007年麻省理工学院Marin Solijacic教授的团队在磁耦合谐振WPT技术上取得了突破，在2m的距离上通过无线供电的方式点亮了一盏60W的电灯泡，这项成果极大地推动了WPT技术的发展。随着人们都对WPT技术研究的深入，多接收WPT技术逐渐受到人们的关注，多接收机WPT系统通过一个发送机同时将电能通过耦合线圈传送到多个接收机，能够进一步拓宽WPT技术的应用范围，有着广阔的应用前景。过去对多接收机WPT技术的研究多侧重于对效率的优化，但在实际应用中，如何分配接收机间的功率也是一个重要的研究课题。通常情况下靠近发送线圈的接收机会接收到更高的功率，为了使得接收机的负载能够接收到预设的功率，需要对功率进行控制和分配。从该技术的研究以及应用来看，对于社会多领域都具有非常重要的应用价值，例如医疗器械领域在进行发展的过程中，对于无线电能传输技术的依赖性要更强。对于无线电能传输技术来讲，在研究与应用的过程中，不仅仅为人们的正常生活带来了许多便利，而且还使得科技技术的发展得到了进一步推动。

2.无线电能传输中的传输功率研究

2.1无线电能传输功率分析

对于当前的无线电能传输来讲，当前阶段用于对谐振耦合电路进行研究时，所采取的方法理论主要包括电路和耦合模。谐振耦合模理论能够给予宏观角度，对无线电能传输运行原理进行解释，但是并不能够给予各项参数的详细情况，对该系统所拥有的功能进行描述。而对于电路理论来讲，和耦合模理论进行比较之后，能够发现电路理论能够更加准确的反映出无线电能传输系统当中的传输功率和效率的相关参数。在有关资料研究当中也显示电路理论和耦合模理论，在研究无线电能传输系统中传输功率和效率等方面拥有不同的作用。

2.2无线电能传输系统中阻抗分析

在对阻抗分析的过程中，是以谐振耦合电路为研究对象的，最主要的原理是选择频率相同的两个物体，然后对物体之间能量的传输进行研究。基于相关的输出定理，可以准确的了解到这两个物体之间，如果阻抗关系为共轭关系，那么两个物体之间的传输功率会达到最大值，同时如果不为共轭关系，那么物体之间的传输功率会大大降低。所以为了能够使两个不同物体之间的传输功率得到增加，那么就需要选择阻抗拥有共轭关系的两个物体。所以在该系统当中应当尽可能选择阻抗匹配的物体，但从实际工作情况来看，很难找到阻抗特别匹配的物体，大多数都是具有相似性，而并不是完全匹配。

通过斜电路和电路进行传输的无线电能传输系统，主要分为两种电路和四种系统，电路包括正弦和功放，系统则分为负载系统与调压系统或电子发射系统以及接收系统。对于无线电能传输系统来讲，在构建电路图的时候，电路模型当中主要包括电路电源以及电路电阻和线圈，然后基于线圈之间的关系设定相应的互感系数。对于整个电路模型来讲主要的参数就是以上几种，其他对于整个电流系统产生影响较小的参数可以忽略不计。通过采用有关的公式，就能够将整个传输系统中的阻抗进行计算，对阻抗系数以及阻抗大小产生影响的参数可以进行分类，主要包括频率以及发射线圈的互感系数和发射以及接收线圈的互感系数，还有就是接收和负载线圈的互感系数，还有就是最终的负载电阻。在计算阻抗的过程中，若是这5个参数出现了变化，那么对于整个无线电能传输系统的功率大小和传输速率都会产生影响。

2.3传输频率对传输功率的影响

对于整个无线电能传输系统来讲，传输频率对传输功率所产生的影响并不是一直呈正相关关系的，而是在整个传输系统工作的过程中，功率和效率随着频率的增长但并不是无限增加，会有一个阶段性的增长，然后又会出现下降。所以对于无线电能传输系统来讲，频率对负载的阻抗会产生一定调节作用，若是想要使设备的使用效率达到最高程度，那么就需要对频率进行改变，从而使负载阻抗得到调节。通过对无线电能传输技术原理进行分析以及进行数据测算，能够证明阻抗是否匹配，对于无线电能传输系统的传输效果会产生直接影响。所以在选择阻抗物体的时候，应当尽可能选择相匹配的两种阻抗物体，这样才能够使无线电能系统的传输效率得到增加。对阻抗产生影响的因素主要包括频率，还有就是各线圈之间的互感系数以及负载电阻，所以在应用无线电能传输系统进行电动传输的过程中，应当尽可能保证系统当中各项参数达到最佳状态，从而才能够使传输效率和功率得到提升。

3.无线电能传输系统中的传输技术

3.1射频电能传输技术

对于射频电能传输技术来讲，是指在电能传输的过程中通过功率放大器，将视频线号进行发射，从而实现电脑的传输，在传输的过程中以及接收过程中通过检波和高频整流能够获取到直流電，然后将电能供给给负载。对于该无线电能传输技术来讲，大多数时候都是在一些便携式终端当中进行应用，对于这些便携式终端来讲，在待机过程当中会产生一定的功率损耗，将射频电能发射装置安装在室内的不同器具当中，可以随时为终端编写设备进行供电，而且还不需要使用到充电器。对于这种无线电能传输技术来讲，最主要的优点就是能够实现远距离传输，一般情况下可以将传输距离达到10米左右，但也存在一定缺点，那么就是在传输过程中传输的功率不高，不能够实现大功率的电动传输。

3.2电磁感应电能传输

基于电磁感应原理构建电能传输系统，一般情况下需要依靠变压吻合器来完成整个电脑传输，在传输的过程中通过磁场进行无线传输。对于电磁感应原理下的无线电能传输来讲，整个内部的系统是比较疏松的，所以依靠该原理以及方法进行电能传输的工作能力不强，但是因为使用了高频变换器作为一次侧变换器，所以整个电动传输过程会比较稳定。

3.3激光电能传输

激光无线电能传输技术是基于激光辐射放大这一原理所实现的，在激光辐射的过程中，能够将电能进行转换，使电能变成激光，然后再将激光发射到接收部位，经接收装置将激光转换成电脑。对于该无线电能传输系统及设备来讲，其中接收装置是光伏电池，所以能够使光能变成电能进行储存。因为激光本身拥有较强的方向性，传播的过程中能够传播的距离更远，而且能量也不会逸散，更加集中在小范围内，能够将光能进行全面集中。对于以激光为核心原理的无线电能传输技术来讲，最主要优点就是能够向更远距离进行电能传输，而且在整个传输的过程中接收装置不需要太大，所以传输工作效率会非常好。

3.4微波电能传输技术

在无线电能传输技术中，基于微波原理的无线电能传输，主要工作原理是将电能转换成微波，然后通过波的形式进行扩散，从而使微波能够辐射到周围的空间当中。在整个传输的过程中，负载通过整流可以也将微波变成直流电，从而进行电能的使用。在常规状态下，微波所拥有的电能价值是比较有限的，最主要的原因就是在传输的过程中传输距离是比较短的，一般情况下不会大于10米，而且在整个传输过程中对应的传播功率也不高，仅仅能够在近距离传播过程中进行使用，对于一些功率比较小的供电电器来讲是比较合适的。

4.无线电能传输技术的应用

对于无线电能传输技术来讲，在当前社会中的应用已经覆盖了生活以及社会生产的多个方面。首先是在智能家居中的应用，随着当前智能化技术以及物联网技术的快速进步和发展，智能家居已经成为当前人们正常生活中不可或缺的一部分。对于家用层次的智能家居来讲，通过应用无线电能传输技术，可以使这些家居拥有较强的续航能力以及工作能力摆脱过去通过充电线进行充电的束缚，更加便捷。其次，主要是电动汽车中的无线电能传输技术应用。随着现如今绿色能源以及绿色化理念的逐渐推行，电动汽车成为汽车领域中占比非常重要的一部分，无线电能传输技术，可以在电动汽车供电中进行应用是电动汽车充电过程中每一种充电桩自身的建设问题得到了有效解决，而且在出现的过程中可以将电动汽车自身和充电装完全分开，降低在当前大量电动汽车进行规模化充电和放电时所产生的不良影响。最后，则是医疗设备中的应用。在医疗设备当中，无线电能传输技术的应用是具有显著优势的。因为在当前的医疗领域中，植入类型的医疗设备数量以及种类越来越多，而且这些设备本身的功率要求并不大，所以通过无线充电对设备进行供电，能够极大程度提高当前设备的使用效率。

5.结束语

综上所述，对于当前的无线电能传输技术来讲，随着技术研究深度不断提升，在社会各领域当中的应用变得越来越广泛，对日常生产及生活产生了非常便利的影响。但是对于无线电的传输技术来讲，传输功率和传输技术的研究仍需要不断深入，这样才能够使无线电能传输技术的应用更加有效。

参考文献：

[1]李阳. 大功率谐振式无线电能传输方法与实验研究[D]. 河北工业大学， 2012.

[2]程丽敏， 崔玉龙. 磁耦合谐振式无线电能传输技术研究进展[J]. 电工电气， 2012， 000（012）：1-5.

[3]吴家宏. 用于家用电器的较大功率无线电能传输技术研究[D]. 哈尔滨工业大学， 2013.

[4]安慧林[1，2]， 李艳红[1，2]， 刘国强[1，2]，等. 具有频率跟踪的谐振式无线电能传输技术研究[J]. 电器与能效管理技术， 2017， 000（002）：P.44-48.

[5]陈煌林. 小功率短距离无线电能传输技术研究[J]. 长春师范学院学报（自然科学版）， 2018， 037（006）：25-28，49.

[6]楊民生， 陈日新， 周志刚，等. 新型无线电能传输技术研究综述[C]// Proceedings of 2010 The 3rd International Conference on Power Electronics and Intelligent Transportation System（Volume 5）. 2010.

1076500511244