物流工程与投木 中国市场２０１６年第４５期（总第９１２期） 无线输电技术的应用与展望 李晓彤‘，赵晨晖 （１．宁夏工业职业学院，宁夏 银川 ７５００２１； ２．国家电力投资集团 宁夏能源铝业临河发电分公司，宁夏 银川 ７５ｏ４ｌ１） ［摘要］无线输电是一种通过不可见物理媒介的接触而进行电力传输的一种技术，文章介绍了无线输电技术的分类以 及其应用。 ［关键词］无线输电；电磁感应；磁耦合共振；微波激光 ［ＤＯＩ］１０．１３９３９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｚｇｓｏ．２０１６．４５．０６８ 随着电力事业的蓬勃发展，人们对于电能已经依赖到近 乎无法脱离的程度。对于电能的多种传输方式的研究，一直 没有停歇过。无论是交流电输送，高压直流电输送，还是无 线电力输送，都已经在我们的生活当中得到了体现。无线输 电在这三种输电方式中，作为后起之秀，应用范围目前还很 小，仅仅用于手机，电脑，部分家用电器的供电；但是无线 输电的安全，无须架设线路，基本不受环境因素影响的优点 越来越被人重视起来，在一些无法方便架设线路的地方，尤 其在太空当中，无线输电的优势十分显著，在没有空气干扰 １．３磁耦合共振原理 电磁共振耦合理论最早由Ｐｏｗｅｒｃａｓｔ公司提出，其基本 原理是一种电磁波线圈技术，应用非辐射磁场进行的高效无 线传输方式，感应距离上限为感应线圈半径的８倍，若电力 传输的距离超出了这个，就会由于感应磁场强度较低， 造成接受线圈无法准确高效地接收相应的电能。 整个装置主要包括两个线圈，一般这种线圈都是由铜制 成的，每一个线圈都是一个相对的自振系统。但是这两 个线圈在实际的工作之中各有分工。其中一个为放射装置， 另一个为接收装置。发射装置与电源相连，也就是和传统的 能量源相连，该线圈的主要功能是在周围形成一个非辐射磁 下，太阳能的利用率高得惊人，若是能在环地球轨道上建设 一些太阳能发电站，无线输电就成了未来解决能源需求最好 的选择。 场，通过这种方式实现电能向场能的转换；另一个线圈的主 要作用是接收相应的电能，当然接收的就是非磁场辐射的能 量，实现场能向电能的转换。 １．４微波或激光无线输电 日本科学家利用微波将１．８ｋＷ的电力，精准地利用无 １ 无线输电的原理及分类 １＿１电磁感应原理输电 由法拉第电磁感应定律我们可以知道，交变的电流产生 交变的磁场，其大小、方向在已知其具体参数后可由麦克斯 韦方程求出。有线输电中的电压、电流互感器也是由该原理 设计应用的。 线传输方式将电能传播到了５５ｍ外的接收装置上，使人类 向未来的太空太阳能发电又近了一步。 他们利用的微波波长短，频率高，定向性好的特点， 将微波用于无线输电，从而实现长距离无线输电。通过能 量转换装置将电能转化为微波形式，利用发射天线向目标 位置定向发送微波，再经接收装置接收并整流来实现的电 通过互感电压可以实现小功率短距离的无线输电，比如 市面上可见的，电动牙刷，手机的磁充外壳，相机等小型数 码产品目前已经实现了无线充电。 １．２谐振式无线输电 能传输。 这种方式与无线电设备的通信原理相似，只是一个传输 信息，一个传输能量。在发送谐振回路的磁场和接受回路的 磁场处于相同频率，在谐振的作用下，也可实现无线电力传 输，不过其缺点也很明显，随着功率和距离的增长，其效率 会随之降低，且辐射变大。所以也只适合短距离无线输电。 １．５不同方式无线输电的比较 目前，电磁感应式、谐振式、耦合共振式为当前科研的 主流方向，而微波和激光则是远距离或者是大功率无线输电 的研究潮流，各种方式传输机理不同，适用性不同，各有自 身的优缺点，如下表所示。 几种主要无线输电技术比较 技术 原理 电磁感应 电磁感应定律 二次电／磁转换 数Ｗ～２ｋＷ ＜５ｃｍ 磁场共振 收发端同频共振 二次电／磁转换 数ｗ～数百ｋＷ ５ｍ 微电波 二次波／电转换 ＞１ｏｏｍＷ ＞１０ｍ 激光 二次电／光转换 百ｋＷ级 ＞１ｏｏｍ 电场耦合 二次电／光转换 ｌ０Ｗ以下 最大数ｃｍ 传输功率 传输距离 转换效率 ７０％ ５０％ １＿６Ｏ％ ２５％ ７０％～８０％ ２０１６．１１ 李晓彤，等：无线输电技术的应用与展望 物流工程与技术 续表 技术 电磁感应 １００～２０５ｋＨｚ（Ｑｉ） 磁场共振 ６．７８ＭＨｚ（Ｒｅｚｅｎｅｅ） ２７．微电波 激光 电场耦合 传能频率 ２７７～３５７ｋＨｚ（ＰＭＡ） １３．５６ＭＨｚ（ｉｎｔｅ１） ０９ＭＨｚ（Ｅｕｍｂ￣ｉｓｅ） 数百ＭＨｚ～数ＧＨｚ ５６０．７ｋＨｚ ２．４ＧＨｚ ＩＳＭ ４．２３４ＭＨｚ 通信频率 优点 同传能 转换效率高 （Ｅｕｒｏｂａｌｉｓｅ） 充电距离较远 可随时随地充电 充电距离远，功率大 效率较高，位置可以 不固定发热低 ，缺点 需要辨识系统， 安全问题，调频技术难， 转换时间长，效率 障碍物光线， 体积大，传输距离近／ 且需屏蔽 标准名称 代表厂商 高Ｑ值线圈难制 Ｒｅｚｅｎｃｅ／Ｑｉ Ｗｉｔｒｉｃｉｔｙ 极低，浪费严重 高强度激光危险 功率小 Ｑｉ Ｐｏｗｅｒｍａｔ Ｐｏｗｅｒｃａｓｔ Ｌａｓｅｒｍｏｔｉｖｅ Ｍｕｒａｔａ ２无线输电技术的应用领域 ２．１交通领域 由于化石能源的不可再生性，电力汽车的研究已经是目 先，无线输电的理论自身还停留在粗糙定性和实验水平，能 否将能量量化分析是一个很重要的问题，而且如何将无线输 电工程化、标准化，并且真正转化成实际意义上的可使用的 技术，还有很长的路要走。 前世界各国汽车公司的竞争点，比较出名的就是特斯拉跑车 和比亚迪电力公交车；这两种纯电力机车目前的市场竞争力 电磁辐射也值得担忧，高功率的无线输电发射器必然带 来超强的电磁辐射，如何使人们能够放心地使用无线输电是 一很强，唯一受的就是充电桩的位置和电池的使用时间。 如果采用无线输电技术，在城市公路的基础建设时，相隔一 段距离就安装一个无线充电装置；或者在高速公路上也安装 相应的无线充电装置，那么也许可以做到全程不用停车充 电，边跑边充，使汽车交通跨入新的高度。 ２．２医疗器械领域 目前，植入式医疗领域的电力功能方式一般为电池供 应，短时间内电池供电完全够用，一旦采用长时间的需供 电装置，比如心脏起搏器；电池就难以满足长时间的供电 个有待解决的问题。 无线输电所占有的频率范围过广，牵扯到了目前的无线 电信息传输系统，如何保证信息不受输电的干扰是无线输电 的一大障碍。 目前在研究领域走在前面的电磁耦合输电，如何解决一 源多用的技术难题也正在攻克当中；而微波激光输电带来的 对环境的影响也是不可忽略的因素。 ４结论 需求。采用无线输电就可以完美地解决这一问题，利用电 无线输电技术是非常有前景的，随着该技术研究的不断 深入和发展，人们在日常生活中能够享受到越来越多无线用 磁感应式供电，配合Ｅ类放大器，供电效率可高达７０％， 而且同时可以进行数据传输。与传统植入式医疗设备相 比，无线输电的优势很大：在能量交换时消除了物理接 触，有效解决了导线与皮肤之间的直接接触，有效避免了 接触式感染；植入式设备的电池电量消耗完后，必须采用 手术进行更换，采用无线输电就能够避免这类问题，从而 电的便利，人们可能彻底进入“无尾”时代，一旦技术成 熟，在一些植入医疗，电力交通，以及一些轨道卫星和太阳 能卫星发电站能够为人类带来更多的便利。 目前，无线输电还有很多困难需要克服，如无线输电标 准化、能量数字化、信息与能量同时传输、多种输电模式兼 避免患者多次手术；利用无线输电后，人体皮肤和电力的 直接接触没有了，极大地降低了由于设备触电的概率，提 高了植入式设备的安全性。 ２．３通信领域 容、电磁辐射问题等，如果解决了这些问题，无线输电技术 将带人类进入新的纪元。 手机、电脑等便携式通信领域对于无线输电的尝试越来 越多，主要的手机供应商都已经尝试开发无线充电手机，并 且已有上市的手机型号，２０１２年的诺基亚ｗｉｎ８就是其中的 典型、苹果的ｉｗａｔｃｈ等小设备也是无线输电家族中的一员， 这个领域，无线输电是被广泛看好的。 参考文献： ［１］张字，石新，李琦．无线输电基本原理及应用研究［Ｊ］． 科技资讯，２０１２（１８）． ［２］程时杰，陈小良，王军华，等．无线输电关键技术及其应 用［Ｊ］．电工技术学报２０１５（１０）：３０． ３无线输电在应用当中涉及的问题 无线输电的前景很好，也面临着众多的问题和挑战。首 ［作者简介］李晓彤（１９８９一），女，宁夏人，研究生，助教， 宁夏工业职业学院担任机电系教师。研究方向：煤矿自动化监控 系统。 ２０１６．１１匝
