無線電能有效傳輸距離及其影響因素分析

郭宏偉 郭健偉

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無線電能有效傳輸距離及其影響因素分析

郭宏偉 郭健偉

民航吉林空管分局，吉林 長春 130039

無線電能傳輸系統(tǒng)在當前社會之中被人們使用得越來越廣，但是其有效的傳輸距離一直是制約其進一步發(fā)展的重要問題。因此，主要對無線電能系統(tǒng)的有效傳輸距離進行了分析，并具體分析了其影響的因素，希望能夠通過這提高人們在使用之中的效率。

無線電能；有效；傳輸距離；影響因素

無線電能在使用的過程中，存在很多外部環(huán)境的影響，而這些外部的影響因素都會對無線電能的有效傳輸距離造成一定程度上的影響。只有清晰每個影響因素，并加以控制，才能更好地提升無線電能的有效傳輸距離。

1 關于無線電能的概述

隨著人們對電能使用的不斷深入，人們覺得在當前的直接式電能在使用的時候存在電路的限制，存在一定的安全隱患，希望能夠研究出沒有電路限制的無線電能。因此，許多科學家對此展開了深入的研究，但是所取得效果一直不是太明顯。直到2007年的時候，Marin Soljacic課題研究小組通過長時間的不懈努力，在不使用電線傳輸?shù)那闆r下，使得相距2m距離之內(nèi)的燈泡得以點亮，這是無線電能研究所取得的重大成果。在經(jīng)過對無線電能的深入研究，發(fā)現(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)無線電能傳輸?shù)姆绞酵ǔＳ幸韵氯N方式[1]：第一種，利用電磁感應耦合式使無線電能進行傳輸。此項技術經(jīng)過全面的研究和發(fā)展，已經(jīng)在實際中加以利用。第二種，微波無線能量傳輸技術。第三種，磁耦合諧振方式。通過將這三種方式的無線電能傳輸進行比較，到目前為止第二種微波無線能量傳輸技術的傳輸距離是最大的，但是這種方式也有著很大的局限性。其接受傳輸?shù)脑O備方向必須面向傳輸?shù)姆较?，無線電能在傳輸?shù)倪^程之中，損耗較大且會對人體產(chǎn)生較大的損傷，因此其使用也受到很大的限制，只有在特殊的場合之下才能夠使用。而第一種和第三種之間有著互相沒有的優(yōu)點和缺點，在對他們進行深入研究之后發(fā)現(xiàn)他們具有著互通互補的地方。因此，形成一種新的無線電能研究方向——電磁耦合諧振方式。這也是本文研究分析的主要傳輸方式。

圖1 ??

2 無線電能有效傳輸距離

使用電磁耦合諧振方式進行無線電能的傳輸，可以表示為圖1的形式。如圖1所示的勵磁線圈和發(fā)射線圈，它們形成一個整體，組成電磁發(fā)射系統(tǒng)。勵磁線圈和發(fā)射線圈之間使用直接耦合的方式來進行電能的有效傳輸[2]。

圖1的接收線圈和負載線圈則組成電磁接收系統(tǒng)，他們也同樣采用的是直接耦合的方式，對前面電磁發(fā)射系統(tǒng)中發(fā)射出的電能進行接收工作。而在發(fā)射線圈和接收線圈之間存在著一段距離。在這段距離之內(nèi)則采用的是空間磁場的諧振耦合實現(xiàn)電能的相互傳遞工作。圖1的Rs表示的是激勵源內(nèi)阻，RL表示的是負載電阻，L1表示的是勵磁線圈，L2表示的是發(fā)射線圈，L3表示的是接收線圈，L4表示的則是負載線圈。其中，C1、C2、C3、C4則表示的是L1、L2、L3、L4的等效電容。RP表示的是各線圈由于一些原因產(chǎn)生的損耗電阻，Rrad表示的是各線圈的輻射電阻。由此，經(jīng)過一系列的推導過程，可以得出無線電能有效傳輸距離的相關公式：

3 無線電能有效傳輸距離的影響因素

通過對無線電能有效距離傳輸?shù)木唧w分析，并使用當前最常用的螺旋線圈作為研究的著眼點，可以得到與無線電能有效傳輸距離有關的計算公式：

4 結語

無線電能在目前日常生活之中的使用還不是十分常見，多用于一些特殊的場合之中，其研究和發(fā)展仍舊具有非常大的空間。相信在不久的將來，無線電能一定能夠得到跨越式發(fā)展，成為新時代下的重要技術產(chǎn)品。

[1]趙爭鳴，張藝明，陳凱楠.磁耦合諧振式無線電能傳輸技術新進展[J].中國電機工程學報，2013（3）：1-13.

[2]李陽，楊慶新，閆卓，張超，陳海燕，張獻.無線電能有效傳輸距離及其影響因素分析[J].電工技術學報，2013（1）：106-112.

[3]李陽，楊慶新，閆卓，張超，陳海燕，張獻.磁耦合諧振式無線電能傳輸方向性分析與驗證[J].電工技術學報，2014（2）：197-203.

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1009-6434（2016）02-0001-01