感應耦合型無線電傳輸技術的研究

摘 要：無線電傳輸技術一經推出，其方便、安全的性能深受人們的追捧，并逐漸運用到人們的生活中，成為人們生產生活中必不可少的高端技術。無線傳輸技術可以運用到電動汽車、小型機器人、體內植入醫療器械和移動便攜充電設備中，并且已經獲得突破性的進展，文章通過感應耦合型無線電傳輸技術深入的研究，希望能為無線電傳輸事業的發展盡綿薄之力。

關鍵詞：感應耦合；無線電能量傳輸；研究

前言

傳統的電能傳輸方式是通過導線將電源和負載連接后進行傳輸的，在最近幾年，感應耦合無線電能傳輸技術（ICWPT）的出現引起了人們的興趣，作為一個新興技術和全新的領域， 其關注度一直居高不下。文章研究了感應耦合無線電能傳輸技術的設計原理和其欠缺、不完善的方面，同時研究了該技術如何運用以及發展前途，為推動感應耦合無線電能傳輸技術的應用范圍和創新路線盡一份力。

1 感應耦合無線傳輸技術結構

目前的電能無線傳輸技術主要有兩種，即感應耦合和諧振耦合。這兩種技術的共同點是都是利用交變磁場把電力能量從發射線圈傳遞到接收線圈，不同之處在于：第一，感應耦合因不用接觸就能工作，所使用感應傳輸的原副邊沒有連接鐵心。第二，原副邊因有比較大的氣隙，會形成大量的漏磁。第三，感應耦合是按照電磁感應定律，使用互感模型，通過電流的變化產生磁場耦合而展開系統工作。

2 感應耦合電能傳輸技術原理

日前，感應耦合電能傳輸所使用的建模有互感模型與分離變壓器模型兩種類型，因感應耦合電能傳輸的構成部分主要是松散耦合，所以使用互感模型建模最為合適。

感應耦合電能傳輸系統的組成部分分離變壓器，是依照電磁感應定律進行設計制造的，其基本的結構如圖1 所示，T 型等效電路如圖2 所示，L1、L2 為漏磁參數，M 為勵磁參數。

感應耦合是將傳統的變壓器進行延伸和改良，最根本的區別在于：音感應耦合的電能傳輸一般都使用松散耦合系統，所以在原邊和副邊線圈之間根本不需要安裝連接鐵心，但也因此留下一定的間隙。早先的研究人員只重視怎樣去提高感應耦合電能傳輸系統的耦合系數，而在近期研究提高電源頻率時，研究人員經研究后發現，將補償電容融入進原邊和副邊線圈內，能夠極大地提高感應耦合電能傳輸系統的傳輸功率和傳輸效率，但是想要出色完成最大功率的傳輸任務，不是耦合系數大傳輸效率就高，必須掌握一個度，在這里就需要掌握一個最優、最合適的耦合系數。

感應耦合電能傳輸技術在原有的基礎上突破了傳輸距離的極限，傳輸距離提高了幾十倍。因此松散耦合系統房產適合運用在互感模型上，主要有四種諧振拓撲結構，分別為SS（series-series，串-串）、PS（parallel-series，并-串）、SP（series-parallel，串-并）和PP（parallel-parallel，并-并）型，其結構如圖3所示。

3 感應耦合電能傳輸技術今后的發展之路

目前，感應耦合電能傳輸系統中仍存有大量問題。第一，首先處理的就是系統的安全可靠和性能穩定問題，第二，因為感應耦合電能傳輸技術還不能遠距離、在有阻礙的情況下使用，所以解決無線傳輸電能的傳輸距離和有障礙時不能傳輸的問題就成了當下必須要解決的問題。第三，感應耦合電能傳輸技術會出現因負載的變化而導致傳輸效率低下的情況，以及原副邊發生錯位時也會出現效率降低的狀況，要保持系統平穩運行最根本的條件是，必須保障系統的平穩高速運作，且初級與次級的補償諧振頻率應該是相等的，也必須是唯一的一個，以阻抗相角為零作為諧振的判據。

4 感應耦合電能傳輸的應用場合與發展前景

感應耦合電能傳輸是將傳統接觸式電能傳輸技術中的缺陷和不足加以擬補、完善。感應耦合電能傳輸主要使用在空間小，不方便連接的地方，還有危險度高不適宜人員進出的環境中，感應耦合電能傳輸因非接觸式傳輸技術在潮濕的環境中、灰塵環境中、水中和有危險氣體的地方大量使用；在醫學技術中也大量運用了感應耦合電能傳輸技術；感應耦合電能傳輸不用直接接觸就能直接給電池充電，使用時即安全又可靠，在電動牙刷、電動剃須刀和給機器人非接觸供電設備中得到大量的使用。

感應耦合電能傳輸技術廣泛運用到軌道交通方面，尤其是適合應用在磁懸浮列車這種大功率非接觸供電領域。雖然感應耦合電能傳輸技術應用范圍廣，但因受到傳輸距離、空間地理位置和障礙物等各方面的影響，造成了感應耦合電能傳輸技術的應用場合受到了一定的限制和約束。所以，目前的感應耦合電能傳輸技術非常適合應用在負載固定不漂移、沒有阻礙距離近的地方和環境下，尤其是應用在電動汽車充電和智能化電網結合方面最能體現出其優勢。

5 結束語

感應耦合電能傳輸技術因其實用性能強，所以上升空間和發展前途不可限量，感應耦合只要靠近負載就能進行傳輸，所以非常適合近距離高效率傳輸電力能量，但會受到空間角度與障礙物的影響和限制，只能近距離傳輸，超過一定的范圍就失去作用。所以，感應耦合電能傳輸技術只有經過不斷的創新研究，才能使該技術的應用范圍和發展更廣大、更長遠。

參考文獻

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[2]孫躍，夏晨陽，趙志斌，等.電壓型ICPT系統功率傳輸特性的分析與優化[J].電工電能新技術，2011，30（2）：9-12，25.