磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)新進(jìn)展

俞彥臻

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，近些年來(lái)，無(wú)線電傳輸技術(shù)已經(jīng)受到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸是一種新型的無(wú)線電能傳輸方式，傳輸?shù)木嚯x為幾十厘米，傳輸?shù)男矢哌_(dá)85%以上。磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)集合多種學(xué)科技術(shù)，達(dá)到安全、高效和便捷的電能傳輸過(guò)程。本文通過(guò)對(duì)無(wú)線電能傳輸技術(shù)的介紹，對(duì)磁耦合諧共振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)述。

關(guān)鍵詞：無(wú)線電能傳輸；磁耦合諧振式；傳輸技術(shù)；傳輸特性；發(fā)展趨勢(shì)自第二次工業(yè)革命以來(lái)，人類(lèi)進(jìn)入了電氣化的時(shí)代。大到全球的電網(wǎng)，小到家用的電器設(shè)備，都離不開(kāi)電能，而傳輸?shù)姆绞蕉家杂芯€傳輸為主要方式。有線傳輸在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)了很多的問(wèn)題，嚴(yán)重影響了用電設(shè)備的使用壽命和人們對(duì)電能傳輸?shù)恼Ｊ褂谩ｋS著人類(lèi)生活水平的提高，對(duì)電能的需求也隨之增大，傳統(tǒng)有線傳輸方式已經(jīng)無(wú)法滿足生活的需求，因此，脫離金屬接觸的無(wú)線電能傳輸方式應(yīng)運(yùn)而生。無(wú)線電能傳輸技術(shù)是目前電工領(lǐng)域比較熱衷討論的一個(gè)話題。

1磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 基本結(jié)構(gòu)

磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)大多都是兩線圈結(jié)構(gòu)和增加兩個(gè)線圈組成的四線圈結(jié)構(gòu)。整個(gè)能量傳輸系統(tǒng)分為能量發(fā)射端和能量接收端兩部分，其中能量的發(fā)射端包括發(fā)射能量線圈和高頻率的電源，能量接受端包括接收線圈和諧振電路板及負(fù)載電路[1]。

1.2 工作原理

磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)的工作原理是導(dǎo)線纏繞制成的發(fā)射線圈（空芯電感）與諧振電容共同并列形成的諧振體。諧振體所容納的能量在電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間或者自諧振頻率在一定空間的隨意振動(dòng)，在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生的以線圈為原點(diǎn)，以空氣為傳輸媒介時(shí)更換磁場(chǎng)[2]。能量的接收端是由接收線圈帶有一個(gè)單位電容組成的諧振體，在相同條件下的諧振頻率與能量發(fā)送端頻率相同，并能夠在所能感應(yīng)的磁場(chǎng)與電場(chǎng)之間進(jìn)行自由的諧振，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)諧振體共同的交換，在交換的同時(shí)諧振體之間也存在著相同頻率的震動(dòng)以及能量的交換，這就叫做兩個(gè)諧振體共同組成的耦合諧振系統(tǒng)。

2磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)研究現(xiàn)狀與熱點(diǎn)問(wèn)題

2.1 傳輸水平

磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)是一種中距離傳輸電能的方式，很多研究者都對(duì)其進(jìn)行了深入的研究，對(duì)于技術(shù)傳輸水平的研究主要體現(xiàn)在傳輸效率和傳輸距離上，與系統(tǒng)共振的頻率有關(guān)。一般普通的諧振頻率都選用13.56MHz的頻率，需求比較高的系統(tǒng)采用比較高端的頻段[3]。

2.2 傳輸特征

磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)在傳輸過(guò)程中具有以下特征：一是頻率分裂和調(diào)頻技術(shù)，頻率分裂是指在整個(gè)系統(tǒng)線圈傳輸結(jié)構(gòu)中，隨著傳輸距離的減少，傳輸?shù)乃俾室矔?huì)出現(xiàn)不同的值域；二是在傳輸結(jié)構(gòu)中加入中繼諧振線圈和接收終端的線圈。在具體的設(shè)備中結(jié)合多個(gè)中繼諧振線圈和接收線圈的結(jié)構(gòu)中，對(duì)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行研究和分析，可以充分說(shuō)明系統(tǒng)不受弱導(dǎo)磁性物體的影響；三是磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)只有在一定的水平位置角度移動(dòng)下才能實(shí)現(xiàn)較高速率的無(wú)線電能傳輸[4]。

2.3 新材料的應(yīng)用

無(wú)線電能傳輸最重要的就是實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)母咝?、傳輸?shù)木嚯x長(zhǎng)、傳輸功率大，但是由于多方面原因的限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)上述三個(gè)目標(biāo)。在磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)中是利用附近外界的能量進(jìn)行傳送的，主要的耗損有歐姆損耗和輻射損耗。在這種情況下，提高速率，首先要減少歐姆損耗，利用超導(dǎo)材料可以實(shí)現(xiàn)這一目的。

2.4 干擾問(wèn)題

無(wú)線電能傳輸線圈會(huì)受人們?nèi)粘Ｉ钣闷窋[放位置的影響。當(dāng)用品靠近線圈時(shí)，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)傳輸諧振頻率的偏差。根據(jù)實(shí)踐證明，無(wú)線電能傳輸對(duì)干擾源的頻率非常敏感，離線圈越近，影響越大。

3磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)需要解決的問(wèn)題和發(fā)展的趨勢(shì)

磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)在發(fā)展中已經(jīng)取得了比較大的成果，但是在個(gè)別方面的研究還不夠深入。首先關(guān)于磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)沒(méi)有形成一套完整的設(shè)計(jì)方法；其次，系統(tǒng)參數(shù)沒(méi)有進(jìn)行有效的分析以及校正；再次，對(duì)于系統(tǒng)應(yīng)用中與實(shí)際相關(guān)的內(nèi)容沒(méi)有進(jìn)行解決；最后這種技術(shù)需采用高強(qiáng)度的磁場(chǎng)，但至今沒(méi)有在如何減少磁場(chǎng)危害上達(dá)到共識(shí)[5]。

4總結(jié)

磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)已經(jīng)取得了比較大的成果，但是在科研方面還不夠充分，應(yīng)用還不夠廣泛，有很多的問(wèn)題需要解決。例如沒(méi)有完善的理論支持，校正工作沒(méi)有進(jìn)行深入的研究，與實(shí)際應(yīng)用嚴(yán)重脫節(jié)，并且該強(qiáng)度磁場(chǎng)會(huì)對(duì)人身體產(chǎn)生巨大的危害等問(wèn)題。因此，科研工作者要對(duì)理論進(jìn)行完善，積極采用新材料，將技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際中。

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