磁耦合諧振式無線電能傳輸技術新進展

俞彥臻

摘要：隨著科學技術的發展和進步，近些年來，無線電傳輸技術已經受到廣泛的關注和應用。磁耦合諧振式無線電能傳輸是一種新型的無線電能傳輸方式，傳輸的距離為幾十厘米，傳輸的效率高達85%以上。磁耦合諧振式無線電能傳輸技術集合多種學科技術，達到安全、高效和便捷的電能傳輸過程。本文通過對無線電能傳輸技術的介紹，對磁耦合諧共振式無線電能傳輸技術進行簡述。

關鍵詞：無線電能傳輸；磁耦合諧振式；傳輸技術；傳輸特性；發展趨勢自第二次工業革命以來，人類進入了電氣化的時代。大到全球的電網，小到家用的電器設備，都離不開電能，而傳輸的方式都以有線傳輸為主要方式。有線傳輸在傳輸過程中出現了很多的問題，嚴重影響了用電設備的使用壽命和人們對電能傳輸的正常使用。隨著人類生活水平的提高，對電能的需求也隨之增大，傳統有線傳輸方式已經無法滿足生活的需求，因此，脫離金屬接觸的無線電能傳輸方式應運而生。無線電能傳輸技術是目前電工領域比較熱衷討論的一個話題。

1磁耦合諧振式無線電能傳輸技術的基本結構和工作原理

1.1 基本結構

磁耦合諧振式無線電能傳輸系統大多都是兩線圈結構和增加兩個線圈組成的四線圈結構。整個能量傳輸系統分為能量發射端和能量接收端兩部分，其中能量的發射端包括發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載電路[1]。

1.2 工作原理

磁耦合諧振式無線電能傳輸技術的工作原理是導線纏繞制成的發射線圈（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和磁場之間或者自諧振頻率在一定空間的隨意振動，在此基礎上產生的以線圈為原點，以空氣為傳輸媒介時更換磁場[2]。能量的接收端是由接收線圈帶有一個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送端頻率相同，并能夠在所能感應的磁場與電場之間進行自由的諧振，實現兩個諧振體共同的交換，在交換的同時諧振體之間也存在著相同頻率的震動以及能量的交換，這就叫做兩個諧振體共同組成的耦合諧振系統。

2磁耦合諧振式無線電能傳輸技術研究現狀與熱點問題

2.1 傳輸水平

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

2.2 傳輸特征

磁耦合諧振式無線電能傳輸系統在傳輸過程中具有以下特征：一是頻率分裂和調頻技術，頻率分裂是指在整個系統線圈傳輸結構中，隨著傳輸距離的減少，傳輸的速率也會出現不同的值域；二是在傳輸結構中加入中繼諧振線圈和接收終端的線圈。在具體的設備中結合多個中繼諧振線圈和接收線圈的結構中，對傳輸系統進行研究和分析，可以充分說明系統不受弱導磁性物體的影響；三是磁耦合諧振式無線電能傳輸系統只有在一定的水平位置角度移動下才能實現較高速率的無線電能傳輸[4]。

2.3 新材料的應用

無線電能傳輸最重要的就是實現傳輸的高效率、傳輸的距離長、傳輸功率大，但是由于多方面原因的限制，無法實現上述三個目標。在磁耦合諧振式無線電能傳輸系統中是利用附近外界的能量進行傳送的，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，利用超導材料可以實現這一目的。

2.4 干擾問題

無線電能傳輸線圈會受人們日常生活用品擺放位置的影響。當用品靠近線圈時，會導致系統傳輸諧振頻率的偏差。根據實踐證明，無線電能傳輸對干擾源的頻率非常敏感，離線圈越近，影響越大。

3磁耦合諧振式無線電能傳輸技術需要解決的問題和發展的趨勢

磁耦合諧振式無線電能傳輸技術在發展中已經取得了比較大的成果，但是在個別方面的研究還不夠深入。首先關于磁耦合諧振式無線電能傳輸技術沒有形成一套完整的設計方法；其次，系統參數沒有進行有效的分析以及校正；再次，對于系統應用中與實際相關的內容沒有進行解決；最后這種技術需采用高強度的磁場，但至今沒有在如何減少磁場危害上達到共識[5]。

4總結

磁耦合諧振式無線電能傳輸技術已經取得了比較大的成果，但是在科研方面還不夠充分，應用還不夠廣泛，有很多的問題需要解決。例如沒有完善的理論支持，校正工作沒有進行深入的研究，與實際應用嚴重脫節，并且該強度磁場會對人身體產生巨大的危害等問題。因此，科研工作者要對理論進行完善，積極采用新材料，將技術應用到實際中。

[參考文獻]

[1]王宏博,朱軼智,楊軍,等.無線供電技術的發展和應用前景[J].電信技術，2010（09）：132-134．

[2]任立濤.磁耦合諧振式無限能量傳輸功率特性研究[D]．哈爾濱：哈爾濱工業大學，2009，（07）：145—149．

[3]張曉壯.磁耦合諧振式無線能量傳輸距離特性及其實驗裝置研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2009，（20）：160-172．

[4]朱春波,于春來,毛銀花,等．磁共振無限能量傳輸系統損耗分析[J].電工技術學報，2012,27（07）:33-34．

[5]翟淵,戴鑫,唐春森,杜玉剛,等．磁共振模式無線電能傳輸系統建模與分析[J].中國電機工程學報，2012,32（12）:105-116．