电磁监测未来市场预期：无线电能传输技术概述
发布日期：2022-04-14
点击： 次 编辑：roip
现阶段电能传输技术可分为基于导电线的接触式电能传输和不依赖导电线的非接触式电能传输(这里的接触是指电气接触)，“非接触式电能传输”也称为“无线电能传输(Wireless Power Transmission)”，如表1.1 所示。一般来说，无线电能传输可以通过三种途径实现：一种途径是近场耦合式，通过近场电磁感应实现电能传输，包括感应耦合和容性耦合，其中紧耦合的传输形式如变压器、电容等，松耦合的形式如感应式充电等，可以实现无电气连接的电能传输。基于铁磁芯的紧耦合感应式电能传输方式在传统的变压器和电机中已经得到了广泛的应用，但是由于磁场铁芯和电场媒质的限制，它们不适合向运动的物体进行无线的隔离大气隙的能量传输。对于在松耦合的方式下，50/60Hz 的低频交流电很难实现变压器原、副边的能量传输，基于气隙的松耦合感应式电能传输也在很长一段时间内被认为是不现实的然而，如果工作频率足够高，磁场变化率将在原、副绕组之间引起很强的电磁感应，这使得大气隙的能量传输变得可行，这就是感应式电能传输的基本概念[23][24]。而容性电能传输(其代表方式为电容器)受到空间电场强度以及媒质材料的介电常数等限制，其工程实用性还有待进一步研究。在现有的功率传输技术中，感应式电能传输(ICPT，Inductively oupled Power Transmisstion)是工程上最可行的应用方式[1][2]，其利用交变电流通过原线圈产生的电磁场耦合到副线圈实现近程无线供电，其传输距离非常近，主要应用于小功率的便携式或医疗非接触式电子消费产品的无线供电、无线充电等场合。
另一种途径是磁场共振式，即通过非辐射磁场内两线圈的共振效应实现中程无线供电，其理论依据在于，如果两个振荡电路具有相同频率，那么在波长范围内，是通过近场瞬逝波耦合，感应器产生的驻波在远远小于损耗时间内，允许能量高效地从一个物体传到另一个物体。由于共振波长远远大于振荡器尺寸，所以可以不受附近物理的影响，而且由于磁场和生物体之间互相作用很弱，对生物体比较安全，适用于中程距离传输。这种技术尚未达到实用化程度，2007 年麻省理工大学的Marin Solijacic 研究小组应用广为人知的电磁场近场理论，建立了基于强耦合的共振能量传输系统，设计合理的振荡器，可以在几倍于振荡器尺寸的中等距离内产生较高的传输效率[3][4]，被命名为“WiTricity”技术。Marin Solijacic
的研究小组在实验中使用了两个直径为60cm 的铜线圈，通过调整发射频率使两个线圈在10MHz 产生共振，从而点亮了距离电能发射端2m 左右的一盏60W 的灯泡，而且即使在中间放上木头、金属或其他电器，也不会影响灯泡发光。
最后一种途径是微波辐射式，即通过电波的形式在远场范围内采用定向天线或高质量的平行激光束实现远距离供电，该方式的发射部分主要实现能量以电能功率转化为射频功率并以一种可控制和低损耗的方式将功率以微波的方式辐射出去，接受装置则利用整流天线把微波能量转变为直流或交流电能，系统的关键部分是波束的控制与转换效率[5]-[7]。区别于以上两种供电方式，微波辐射作为点对点的能量传输方式，有如下特点：能量以光速，可变换传输方向；在真空中传递能量无损耗，波长较长时在大气中能量传递损耗很小，普遍用于远距离大功率无线供电，微波的频率越高传播的能量越大。这种技术主要用于远距离空间能量采集，如飞机、卫星、太阳能发电的传输系统等。1964 年美国的W.C.Brown 成功演示了工作在2.45GHz 频率上的直升飞机，该飞机从天线中获得了200W 的功率，1969 年到1975 年Brown 将30kW 的微波能量束传播到一英里远的接收站，效率高达84%，都是利用微波辐射实现远距离无线供电的。在2003 年欧盟就是利用微波供电技术在非洲的留尼旺岛建造了一座10kW 的实验型微波输电站。美国宇航局(NASA)则设想把这一技术应用于太阳能空间采集，通过在太空安装一组直接1km 的太阳能电池板采集太阳能，然后以定向微波辐射技术源源不断的把能量传回地球再转换为电能，这一设想已在夏威夷海滩进行了相关实验。
通过以上可以看出，无论哪一种方式，无线电能传输技术都将面临如何处理好电磁污染问题，这为电磁环境监测仪器市场带来了潜在的巨大市场机会。
| 文章编辑：微纳德-深圳市吉赫兹电子有限公司 |
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