無(wú)線電力傳輸?shù)脑砑皯?yīng)用

邱 紅（廣東省東莞市聯(lián)升電線電纜有限公司，廣東 東莞 523920）

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無(wú)線電力傳輸?shù)脑砑皯?yīng)用

邱 紅
（廣東省東莞市聯(lián)升電線電纜有限公司，廣東 東莞 523920）

摘 要：電力是現(xiàn)今應(yīng)用最為廣泛的基礎(chǔ)性能源，在電力的輸送中主要使用線纜進(jìn)行傳輸，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，各種電子設(shè)備被應(yīng)用于生產(chǎn)、生活中，其中所使用的大量的線纜嚴(yán)重困擾著電器設(shè)備的發(fā)展，在無(wú)線電力傳輸技術(shù)不斷研發(fā)的同時(shí)，做好對(duì)于無(wú)線電力傳輸技術(shù)的應(yīng)用是現(xiàn)今乃至今后一段時(shí)間電力傳輸技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)，本文將在分析無(wú)線電力傳輸技術(shù)原理的基礎(chǔ)上對(duì)如何做好無(wú)線電力傳輸?shù)膽?yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：無(wú)線電力傳輸；電磁感應(yīng)；電磁共振；微波

無(wú)線電力傳輸是現(xiàn)今電力傳輸技術(shù)的重點(diǎn)也是熱點(diǎn)，無(wú)線電力傳輸主要利用的是無(wú)線電來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于電力能源的傳輸，無(wú)線電從發(fā)展至今主要用于傳播手機(jī)、廣播、電視等信號(hào)，而無(wú)線電力傳輸則要求對(duì)電力進(jìn)行無(wú)線傳輸，兩者傳輸?shù)脑硐嗤?，但在無(wú)線電中負(fù)載的能量不同，其中無(wú)線通信主要看中的是負(fù)載在無(wú)線電波中的信息，在接收端將所搭載的信息篩選出來(lái)即可，而無(wú)線電力傳輸則傳輸無(wú)線電波中所負(fù)載的能量，在提高傳輸距離的基礎(chǔ)上要求較高的能源傳輸效率，以滿足對(duì)于電力傳輸?shù)男枨蟆?/p>

1 無(wú)線電力傳輸發(fā)展的歷史

無(wú)線電力傳輸這一想法在200多年前就已經(jīng)誕生了，但是受制于當(dāng)時(shí)的技術(shù)研發(fā)水平以及成本的限制使得無(wú)線電力傳輸這一技術(shù)發(fā)展較為緩慢，早在1836年，英國(guó)科學(xué)家尼古拉斯卡蘭在研究中發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)線圈這一電磁現(xiàn)象，在電力傳輸中通過改變一個(gè)線圈中的電流將會(huì)使附近另一個(gè)線圈的兩端產(chǎn)生火花，之后麥克斯韋通過不斷的研究，總結(jié)出一組嚴(yán)謹(jǐn)、簡(jiǎn)潔的方程，建立起了一套完整的電磁理論體系，從而為做好電磁的利用奠定了一個(gè)良好的開端。經(jīng)過不斷的研究，1888年，德國(guó)科學(xué)家赫茲在總結(jié)驗(yàn)證電磁波的基礎(chǔ)上為促進(jìn)無(wú)線電的誕生打下了良好的開端。無(wú)線電力傳輸最早是由尼古拉斯所發(fā)明的，其主要是將現(xiàn)在的低頻高壓電流轉(zhuǎn)化為高頻電流，而后將空氣作為媒介來(lái)完成對(duì)于高頻電流的傳輸，這一采用無(wú)線電來(lái)進(jìn)行電力傳輸?shù)臉?gòu)想不但能夠方便地對(duì)電力進(jìn)行傳輸，而且能夠節(jié)省下大量線纜的成本，同時(shí)也提高了電力傳輸?shù)男?，特斯拉為?yàn)證其無(wú)線電力傳輸?shù)臉?gòu)想，在紐約的長(zhǎng)島建立了名為特斯拉線圈的電力發(fā)射塔，并試圖以地球本身和大氣電離層作為導(dǎo)體來(lái)進(jìn)行電力的無(wú)線傳輸，但是這一嘗試后因資金短缺而未能實(shí)現(xiàn)。時(shí)至今日，為了實(shí)現(xiàn)電力無(wú)線傳輸這一偉大的構(gòu)想，各國(guó)都加大了對(duì)于無(wú)線電力傳輸技術(shù)的研發(fā)力度，并已經(jīng)初見成效。

2 短距離的電磁感應(yīng)的無(wú)線電力傳輸

現(xiàn)今，短距離的無(wú)線電力傳輸主要是利用電磁感應(yīng)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其原理如圖1所示。無(wú)線電力傳輸是通過電磁耦合的形式來(lái)進(jìn)行的，通過在線圈中施加交變電流，根據(jù)電磁原理可以在線圈的周邊形成一個(gè)交變的磁場(chǎng)空間，根據(jù)電磁感應(yīng)原理在接收端中通過感應(yīng)電勢(shì)用以實(shí)現(xiàn)在接收端形成電流。這種依靠電磁感應(yīng)來(lái)進(jìn)行短距離傳輸?shù)臒o(wú)線電力傳輸技術(shù)其最主要的傳輸效率依靠的是發(fā)射端和接收端之間的耦合系數(shù)和品質(zhì)因數(shù)，需要在不斷的研發(fā)中改進(jìn)無(wú)線電力傳輸技術(shù)，使無(wú)線電力傳輸?shù)陌l(fā)展應(yīng)用成為可能。

電磁感應(yīng)在進(jìn)行無(wú)線電力傳輸中最早應(yīng)用的是電動(dòng)牙刷，通過在電動(dòng)牙刷內(nèi)部放置一個(gè)接收線圈，使得當(dāng)牙刷放置在充電插座上時(shí)可以通過磁耦合原理來(lái)對(duì)電動(dòng)牙刷的電池進(jìn)行充電。而現(xiàn)今使用較多的充電墊也是利用這一原理，通過在充電墊內(nèi)密布小型線圈陣列，從而在其周邊建立起一個(gè)充電的磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)范圍內(nèi)充電功能，同時(shí)由于充電墊所產(chǎn)生的磁場(chǎng)較弱，因此在利用充電墊對(duì)電子產(chǎn)品進(jìn)行充電時(shí)不會(huì)對(duì)周邊的電磁物品造成影響，這種接觸式無(wú)線電力傳輸技術(shù)具有成本較低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，但是其發(fā)送的功率較低，且能夠傳輸?shù)木嚯x較短，現(xiàn)今主要被應(yīng)用于對(duì)小型便攜式電子設(shè)備的充電中，需要在以后的研發(fā)中開發(fā)充電距離更遠(yuǎn)、功率更好的傳輸設(shè)備。

3 中程的電磁耦合的無(wú)線電力傳輸

圖1 無(wú)線電力傳輸電磁耦合原理

圖2 磁共振式無(wú)線充電技術(shù)的原理圖

在中遠(yuǎn)距離上進(jìn)行的無(wú)線電力傳輸主要依靠的是電磁共振耦合的原理，其主要是利用非輻射磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這一中程指的是無(wú)線電力傳輸?shù)淖钸h(yuǎn)距離能夠達(dá)到電磁感應(yīng)線圈半徑8倍及以上的距離，而超出這一距離，其傳輸效率與傳輸功率將隨著距離的增大而在不斷的衰減。為實(shí)現(xiàn)這一原理，需要采用兩個(gè)線圈，這兩個(gè)線圈一個(gè)是發(fā)射裝置，其通過與電源部分進(jìn)行相連，通過自振來(lái)向周邊發(fā)射電磁波，從而在線圈周邊形成一個(gè)非輻射的電磁場(chǎng)，而后接收端在其接收到與自身頻率相同的電磁波時(shí)則需完成從電磁場(chǎng)到電能的轉(zhuǎn)換，通過這一過程即可完成電能的高效傳輸。

4 遠(yuǎn)程的微波、激光的無(wú)線電力傳輸

通過對(duì)無(wú)線電波的研究，無(wú)線電波的波長(zhǎng)的長(zhǎng)短與其定向性成反比，為提高電波的定向性多采用的是短波的形式，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)于無(wú)線電力的遠(yuǎn)距離傳輸，采用微波或是激光的形式來(lái)加以實(shí)現(xiàn)對(duì)于實(shí)現(xiàn)新能源的利用與傳輸有著十分重要的意義。各國(guó)都加大了在這一方向上的研究，都將研究方向放在了通過在太空中建立太陽(yáng)能發(fā)電站來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于太陽(yáng)能的采集和發(fā)電，而后采用無(wú)線電波、激光等的方式來(lái)對(duì)電能進(jìn)行遠(yuǎn)距離的無(wú)線傳輸，將其傳輸回地面，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的高效利用。這一無(wú)線電力傳輸還有許多的技術(shù)問題急需解決，整個(gè)項(xiàng)目仍處于構(gòu)想階段。

5 無(wú)線電力傳輸技術(shù)發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀

困擾無(wú)線電力傳輸技術(shù)最主要的就是無(wú)線電力傳輸?shù)木嚯x和傳輸?shù)墓β始靶?，?jīng)過不斷的研究和發(fā)展，現(xiàn)今在短距離的無(wú)線電力傳輸中電力傳輸?shù)淖罡咝誓軌蜻_(dá)到80左右，最近，俄羅斯圣彼得堡大學(xué)的研究人員推出一種新的無(wú)線電力傳輸（WPT）系統(tǒng)，通過此系統(tǒng)，最高可以確保在20cm的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高達(dá)80%的電力傳輸效率，而超出這一范圍后其隨著距離的增加，無(wú)線電力傳輸?shù)男式档头容^小。這種新技術(shù)基于共振耦合原理，在同一頻率的線圈共振條件下，一個(gè)共振的銅線圈可以轉(zhuǎn)移能量到另一個(gè)二次諧振的銅線圈，且要求附近沒有相同共振頻率的其他物體，以保證其不受影響。同時(shí)，此種技術(shù)的安全性較高。

現(xiàn)今無(wú)線電力傳輸技術(shù)應(yīng)用最多的領(lǐng)域主要是便攜設(shè)備等無(wú)線充電，通過采用無(wú)線電力傳輸能將原先大量繁多的導(dǎo)線等都予以去除，從而方便快捷的實(shí)現(xiàn)對(duì)于電力的傳輸?，F(xiàn)今，在無(wú)線雙肩包充電領(lǐng)域中主要分為電磁感應(yīng)式、磁共振式以及無(wú)線電波、電場(chǎng)耦合式等多種形式，這幾種形式都具有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用的范圍。現(xiàn)今在無(wú)線充電中應(yīng)用最為廣泛和成熟的主要是電磁感應(yīng)式無(wú)線充電技術(shù)，其最主要的原理與變壓器相似，通過交變電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)而使得在磁場(chǎng)中的另一線圈在一定的頻率下產(chǎn)生電流，從而實(shí)現(xiàn)電能的無(wú)線傳輸，這種技術(shù)多應(yīng)用于小型設(shè)備的電力傳輸。磁共振式無(wú)線充電技術(shù)的原理與聲音共振的原理相同它是能夠在電動(dòng)汽車無(wú)線充電領(lǐng)域發(fā)揮重要作用的一種充電技術(shù)，磁共振技術(shù)的無(wú)線充電示意圖如圖2所示。

結(jié)語(yǔ)

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，無(wú)線電力傳輸技術(shù)將得到更為廣泛的發(fā)展與應(yīng)用，無(wú)線電力傳輸技術(shù)將使人們擺脫有線充電所帶來(lái)的束縛，獲得更為便捷的充電服務(wù)，無(wú)線電力傳輸具有非常廣泛的應(yīng)用前景，需要我們?cè)诓粩嗟难芯恐谐浞滞诰?，更好的服?wù)于社會(huì)。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號(hào)：TP21

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A