国家新闻出版广电总局七二五台 山西 灵石 031308
摘要：随着科学技术的发展和进步，无线电能传输技术受到了越来越多人的关注。与传统电能传输相比，无线电能传输技术可以极大提升设备供电的安全和可靠。本文主要对几种无线电能传输技术进行了研究，然后详细论述了磁耦合谐振式的应用，并对具体应用前景进行了展望。
关键词：无线电能传输技术；磁谐振耦合；综述
无线电能传输技术是未来发展中比较热门的技术，具有非常广泛的应用前景。本文首先对无线电能传输技术的发展历程进行了分析，然后重点介绍了磁耦合谐振式无线电能传输技术，最后对未来应用趋势进行展望。
一、无线电能传输技术发展历程
有线方式是传统电力传输的主要方式，由于传输中线路设备极易发生损坏，给传输安全造成和严重影响，不利于人们日常生活活动的进展。无线电能传输技术早在19世纪就被尼古拉·特斯拉提出，但是由于当时技术和发展限制，导致此项技术只停留在理论构想阶段。
到20世纪80年代的时候，电磁感应耦合传输电能方式开始吸引了众多学者的关注。经过多年努力和研究，国家地热公园实现了载人缆车无线供电试验系统。之后美国又制定了非接触感应电能标准，由于设计要求比较严格，导致该项技术具有很大局限性。
在理工大学物理教授马林·索尔贾希克及研究团队的努力下，使用直径是30厘米的发射机和几首谐振器线圈，点燃了1.9米之外的60w灯泡，成功开启了无线电能传输基础的发展。
综上所述，现在实现无线电能传输的主要方式是磁耦合谐振、激光、感性耦合、微波、电场耦合等，可以时间不同场合、不同功率要求的能力传输。
我国无线电能传输技术发展比较缓慢，在本世纪才开始进行无线电能研究，中国科学院电工研究所是最早接触传输技术研究的单位之一，取得了显效的研究成果。随着无线传输电能技术的不断发展，我国对无线电能传输的研究也越来越深入，由于磁耦合谐振具有传输距离远、方向感要求不高、传输介质依赖小等特点，已经成为当今无线电能传输中研究的主要课题。
二、磁耦合谐振式无线电能传输技术
（一）传输机理和系统结构
经过上式分析可以发现，耦合模型理论对系统能力和转换分析具有很大优势，但由于参数较少，导致耦合系数参数难获得。
2. 互感理论
发射及接受线圈之间产生的电路模型如下图1所示。
三、主要技术及研究重点问题分析
（一）高频功率电源技术
系统能否处于谐振状态是磁耦合谐振无线能力传输的决定性因素，所以必须保证电源和谐振器频率一致。现在在兆赫兹级别下实现的电源方式主要是振荡式、逆变式和功率放大式。
振荡式电源的主要优势是结构简单、操作容易，但转换效率较低，不容易进行调节。虽然发射线圈及接受线圈具有很高的能量转换率，整个系统转换效率不高。现阶段主要使用电力电子逆变实现电源控制，但由于电力器件电源输出难以达到兆赫兹，所以频率提升依然较困难。为了实现高频率功率输出，可以利用功率级别增大的方式实现，但是此种方法的不足之处是减小了逐级放大效率，而且设计较困难。现在绝大多数无线电能传输都采用电源射频功率放大方式实现电源控制。
（二）谐振器设计和优化
1. 设计谐振线圈
由于谐振品质因素对系统传输性能具有很大影响，所以谐振线圈也是无线电能传输技术中严重的重点。对谐振线圈进行优化时，可以从绕制方法、匝数和材料选择等方面进行考虑。利用线圈尺寸改变可以优化匝数，实现系统效率优化；可以在其他条件稳定的前提下，利用超导材料提高系统传输距离和能力；除此之外，可以利用铜导线表面覆盖铁等磁性介质提升线圈耦合并减少损耗。
2. 设计多线圈
使用多个线圈增加能量传输的方式可以实现多线圈设计。通常将多线圈设计应用在传输距离、传输效率、系统能量传输等方面。相关资料显示，使用驱动线圈及负载全的方式对发射和接受线圈品质作用，可以增加能量转换。
随着MIT的RafifE.Hamam等人对中继线圈概念的提出，增加能量转化效率，现在已经被人们作为主要方式不断进行研究，都取得了显效的效果。虽然磁耦合振式技术对无线电能传输的方向性要求不高，但是完全可以实现定向传输，改变能量传输路径。
（三）系统控制方法和优化
1. 频率分裂和优化
频率分裂是磁耦合和感应式无线电能传输中普遍存在的问题，产生此种现象和系统发射及接受线圈耦合强度具有很大关系。根据系统功率结果可以看出，在发射线圈和接受线圈距离不断增加的变化下，将会出现自然谐振频率、奇/偶谐振频率，此种现象给系统造成了不稳定，增加了系统复杂性。可以利用改变线圈位置；改变两线圈旋转角度；改变负载电阻等方式，让系统退出频率分裂区域，但很多地方电阻不宜改变，因此，此种凡是具有很大的局限性。
2. 电磁环境对生物体的作用
电磁环境是谐振无线电能传输中的难点问题，和共振磁场强度相当。由于磁耦合谐振无线电能传输中电磁环境问题的研究依然刚开始，所以电磁磁路和电磁兼容性研究总体上依然处于不断研究、探索的阶段。
结束语
无线电能传输技术具有很大的优势，可以将其应用到医疗、汽车、电子等各个领域。现阶段磁耦合谐振无线电能传输技术还存在很多问题，还必须结合实际理论和数据,从系统特性、参数优化和空间电磁场分布等进行研究。虽然高频公路电源和整流技术依然存在效率低下和设计复杂等问题，但是此种技术已经成为无线能量传输的主要方式，在未来具有较广阔的前景。
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作者简介：张丽霞（1976-）女，陕西咸阳人，汉族，工程师，大学本科，现在国家新闻出版广电总局七二五台主要从事广播发技术研究工作。
论文作者:张丽霞
论文发表刊物:《电力技术》2016年第3期
论文发表时间:2016/7/14
标签：电能论文; 线圈论文; 谐振论文; 技术论文; 系统论文; 方式论文; 电源论文; 《电力技术》2016年第3期论文;