磁耦合諧振無線電能傳輸效率影響因素的研究

王喜升 侯鈺慧 郭波超 崔振宇 田子建

（1.中煤信息技術(北京)有限公司 北京市 100029）

（2.中國礦業大學（北京)機電與信息工程學院 北京市 100083）

19世紀90年代初，著名科學家特斯拉進行一系列實驗，通過磁感應耦合線圈成功點亮了一盞磷光照明燈。到2006年，MIT的科學家Marin Soljacic利用無線電能傳輸技術在距離2m處隔空點亮了一盞60W的燈泡，傳輸效率約為40%，實際意義上實現了無線電能的中程距離傳輸。從此，國內外無數學者對無線電能傳輸技術的研究進入了高潮期，該技術作為一種新型的無接觸充電方式使用鄰域不斷增多，已經被廣泛應用在電動汽車、植入式醫療設備、消費電子產品、交通運輸等各個領域，給人們的生活帶來了極大的便捷性和安全性。圖1所示為無線電能傳輸目前應用場合，圖1（a）為利用微波輻射理論的空間太陽能發電站，圖1（b）為利用磁感應理論的無線充電的電動汽車。

圖1：無線電能傳輸應用實例

目前WPT按著其傳輸原理的不同主要分為近場傳輸和遠場傳輸兩種。近場傳輸主要通過磁感應理論、磁諧振理論、電場耦合理論實現；遠場傳輸主要通過微波輻射理論、激光及超聲波理論實現，遠場傳輸對頻率有較高的要求，且因傳輸距離較大，傳輸過程中障礙物的屏蔽作用使得傳輸效率較低，一般多用在航空事業及軍事方面。近場傳輸中磁感應傳輸效率較高但傳輸距離較小，當接受端與發射端距離過大時，造成能量損耗過大。磁耦合諧振式傳輸機理的無線電能傳輸系統，具有傳輸距離遠、傳輸功率和效率較高的優點。……