無線電能傳輸技術的關鍵基礎與技術瓶頸問題探究

中國民用航空華東地區(qū)空中交通管理局福建分局 邱志勇

無線電能傳輸技術的關鍵基礎與技術瓶頸問題探究

中國民用航空華東地區(qū)空中交通管理局福建分局 邱志勇

我國在電氣領域的不斷發(fā)展，社會對于電能傳輸技術的需求越來越大，科學技術的進步使得傳統(tǒng)的電能傳輸方式得到了優(yōu)化與改善，無線電能傳輸能夠通過發(fā)射機將電能轉(zhuǎn)化為中繼能量，并能夠?qū)崿F(xiàn)跨地域的隔空傳播，因其在技術上的絕對優(yōu)勢，也使得無線電能傳輸技術的發(fā)展受到了諸多的關注，隨著我國對電力需求的不斷增大，在無線電能傳輸技術的發(fā)展與應用上還需要進一步探索，本文就無線電能傳輸技術的關鍵基礎及技術瓶頸進行分析，能夠系統(tǒng)性的總結當前我國在無線電能傳輸方面的研究情況，從而為后續(xù)的研究提供一些幫助。

無線電能；傳輸技術；關鍵基礎；技術瓶頸

0 前言

無線電能傳輸技術實現(xiàn)了電能之間非接觸的傳輸，這不僅能夠減少用電設備與電網(wǎng)之間在連接方面的繁瑣，加強了用電設備的安全性，同時也能夠最大程度的克服了外界環(huán)境與自身產(chǎn)品性能在電能傳輸過程中造成的波動情況，從而提高了電能傳輸?shù)姆€(wěn)定性。無線電能傳輸技術有效突破了傳統(tǒng)供電模式中自身基礎技術薄弱的情況，并成為當前在電氣領域發(fā)展的主流方向，其經(jīng)濟價值和社會價值潛力巨大，因而關于無線電能傳輸技術的發(fā)展也備受社會的矚目。但是，無線電能傳輸技術在研究的過程中，受到的障礙較多，存在諸多技術上的瓶頸，使得無線電能傳輸技術在應用上較為局限，難以完全取代有線傳輸模式，只有對技術問題進行攻克，集思廣益對技術瓶頸進行分析，才能夠在明確研究的方向性，才能夠促進技術的發(fā)展。

1 無線電能傳輸技術的關鍵基礎

1.1 無線電能傳輸技術發(fā)送與接收的原理

當前無線電能傳輸方式主要包括了電磁感應耦合、磁諧振耦合、電場耦合以及微波、超聲波等，盡管傳輸?shù)姆绞捷^多，但是各自都擁有一定的局限性，如微波傳輸是當前無線電能傳輸?shù)闹饕绞剑淠軌驅(qū)崿F(xiàn)傳輸范圍的擴大，但是在傳輸效率上卻十分有限，因此，微波等無線電能傳輸只能夠在特殊的環(huán)境中應用，又如磁諧振耦合傳輸模式，盡管其的傳播效率較為理想，但是在距離上則難以滿足于遠距離傳輸?shù)囊蟆Ｒ虼?，在后續(xù)的研究中，應當注重對于無線電能傳輸基礎的發(fā)送與接收原理進行突破，尋找到新的原理，從而將無線電能傳輸技術優(yōu)勢進行集中[1]。

1.2 無線電能傳輸空間功率密度分布及傳遞

電路理論和耦合模理論是無線電能傳輸技術的重要理論基礎，同時也是定量分析的主要方法。電路理論在實際的應用中，能夠有效的解決傳輸功率與距離和系統(tǒng)參數(shù)之間的作用和聯(lián)系，而耦合模理論則有效解釋了磁諧振耦合傳輸?shù)那疤釛l件。但是在實際的應用過程中，無線電能傳輸空間的功率的密度分布對于功率傳遞會產(chǎn)生一定的影響，然而其作用機理情況在當前的研究還處于空白狀態(tài)，關于無線電能的傳輸空間功率密度的變化情況仍然需要進一步的探索，只有明確了傳遞的作用機理，才能夠掌握無線電能傳輸空間中能量的變化規(guī)律情況，從而約束能量的變化，提高電能的傳輸效率[2]。

1.3 無線電能傳輸系統(tǒng)中頻率、距離以及功率的關系

電源頻率與傳輸距離是影響無線電能傳輸系統(tǒng)工作成效的重要影響因素，根據(jù)當前最新的研究成果，感應耦合式無線電能傳輸系統(tǒng)會因為距離的減少而表現(xiàn)出效率增大的情況。但是在磁諧振耦合式無線電能傳輸?shù)倪^程中，距離的減少不僅不會促使效率增大，反而還會造成效率的持續(xù)遞減。因此，要想能夠避免無線電能傳輸系統(tǒng)中功率的降低，則必須要從無線電的電源頻率角度出發(fā)，提高傳輸功率，形成頻率分裂的現(xiàn)象。大量的實踐證明，頻率、距離以及功率必須要確定最佳的傳輸位置點才能夠?qū)崿F(xiàn)各個方面的平衡，才能夠充分發(fā)揮出無線電能傳播技術的作用[3]。

2 無線電能傳輸?shù)募夹g瓶頸

2.1 無線電能傳輸系統(tǒng)總體的技術集成

盡管無線電能傳輸系統(tǒng)的經(jīng)濟價值和社會價值都較為可觀，其不僅安全穩(wěn)定，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)用電控制的智能化發(fā)展，但是無線電能傳輸?shù)男Ч麉s受到多方面因素的影響，如功率、距離以及外界干擾等，因此必須要建設無線電能傳輸系統(tǒng)，加強技術集成，從而提高適用性。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，提高系統(tǒng)傳輸效率。系統(tǒng)自身的損耗是在所難免的問題，減少和控制損耗是提高效率的方式，系統(tǒng)內(nèi)部的線圈電阻和高頻設備都會造成功率的損耗，因此，在器件設備的選擇和電路設計中要以降低損耗為原則，加強結構設置的合理性，以此來實現(xiàn)功率的最低損耗[4]。

第二，通信跟蹤和交互的優(yōu)化。負載端在無線電能傳輸過程中的位置并非一成不變的，其有可能移動到控制程序接受通信信息的范圍之外，為了保障發(fā)射端和接收端工作模式的一致，控制程序必須要經(jīng)常檢測負載端的位置，并對移動中的負載端情況及工作模式進行安排，但是這也造成了模式切換上的不便和技術障礙。因此，在后續(xù)的研究中，提高負載端位置通信跟蹤和交互將使得控制中心的程序大大簡化，也能夠提高傳輸效率，增強傳輸穩(wěn)定性。

2.2 電磁兼容機頻段占用及產(chǎn)品技術問題

電磁兼容是實現(xiàn)電氣設備同時運作的前提條件，但是在實際的傳輸過程中，電磁上通過以能量輻射等方式，造成對其他電氣設備運作的干擾，高頻電磁場盡管作用和價值巨大，但是人類還無法完全的對其進行掌控。根據(jù)當前的研究結果，在發(fā)送源中，需要盡量的配合電磁場的特質(zhì)，通過電磁場來完成電能傳輸?shù)南嚓P任務，并需要格外注重在外界物質(zhì)進入高頻電磁場中，避免磁場的整體、劇烈的波動，以保證電氣設備的正常工作。

而在產(chǎn)品的技術方面，建立產(chǎn)品的技術標準是提高產(chǎn)品技術層次最為有熊的方式，無線電能傳輸技術設計到諸多領域，這使得產(chǎn)業(yè)之間的合作與聯(lián)系更加密切，通過在生產(chǎn)、制造、運營以及監(jiān)督方面建設相應的技術標準，能夠?qū)崿F(xiàn)技術應用范圍的有效擴大，同時我國還應當制定自主知識產(chǎn)權，能夠給予無線電能傳輸技術的發(fā)展良好的法律保護，從而實現(xiàn)技術的不斷超越。

3 結語

綜上所述，無線電能傳輸技術具有十分良好的發(fā)展空間，但是技術問題仍然是限制其應用最為主要的問題，本文聯(lián)系實際，對當前的基礎和關鍵技術進行了總結，認為未來的研究應當集中在無線電能傳輸原理研究、降低損耗、提高功率以及加強設備應用等方面，需要進一步加大技術研發(fā)，從而來推動無線電能傳輸技術的良好發(fā)展。

[1]黃學良,王維,譚林林.磁耦合諧振式無線電能傳輸技術研究動態(tài)與應用展望[J].電力系統(tǒng)自動化,2017,08(02):2-14.

[2]戴衛(wèi)力,費峻濤,肖建康,等.無線電能傳輸技術綜述及應用前景[J].電氣技術,2010,04(07):1-6.

[3]陳文仙,陳乾宏.共振式無線電能傳輸技術的研究進展與應用綜述[J].電工電能新技術,2016,08(09):35-47.

[4]王萌,黃睿,楊杰.基于磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)的原理及技術分析[J].電子技術與軟件工程,2015,04(04):146-147.