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无线电力传输技术的基本原理与应用前景

摘要 ：无线电力传输这项传输电力范畴内的新技术 是借助于电磁耦合 射频微波 激光等载体来让电力得以传输的 它解除了对导线的依赖 因此能获取更方面广阔前景的应用 本文针对无线电力传输的发展历史以及基本原理进行了一定介绍 又针对其未来有可能展开的应用开展了一定探讨 。

关键词： 无线电力传输技术 电磁感应 射频 原理与应用前景

1.引言

自17世纪人类知晓怎样发电之后，就借助金属电线去四处传输电力，直至今日，供电网、高压线已然布满全球各处之各个角落，在工作以及生活当中，越来越多的电器于给我们带来极大便捷之际，不知不觉各种难以理清的电源线、数据线所带来的困扰也与日俱增。可是，这些年来科技的发展显示出，当无线数据传输技术越来越广泛地被应用的时候，科学家对于无线电力传输也就是Wireless Power Transmission，WPT所开展的研究取得了相当大的进展，在一定方面来说，无线电力传输也并非再是遥不可及的设想，而在未来的生活里头摆脱那些繁杂凌乱的电源线变成了有实现的可能性。

2.无线电力传输的发展历史

19世纪末，有一位名为尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla，1856—1943）的人，被誉为“迎来电力时代的天才” ，他在电气与无线电技术方面作出了突出贡献，他于1881年发现了旋转磁场原理，而且用于制造感应电动机，他在1888年发明了多相交流传输及配电系统，在1889 - 1890年制成了赫兹振荡器，于1891年发明了高频变压器（特斯拉线圈），该高频变压器现仍广泛用于无线电、电视机及其他电子设备。彼时，他曾投身于钻研关于无线传输信号以及能量的可能性这一工作之中，并且于1899年之际，演示了一种不用导线而是采用高频电流的电动机，然而，鉴于效率较为低下以及对于安全方面存在的担忧，无线电力传输这项技术并未取得突破性的进展［１］。在1901年至1905年这段期间，他们于纽约附近的长岛建造了Wardenclyffe塔，该塔是一座构造颇为复杂的电磁振荡器，当时设想它能够把电力输送至世界上的任何一个角落，特斯拉借助此塔达成了地球与电离层的共振。

2001年5月，名为皮格努莱特的来自法国国家科学研究中心的人，利用微波无线传输电能，点亮了距离40m外的一个200W的灯泡 。之后，在2003年，在岛上建造的功率为10kW的试验型微波输电装置，已开始以2.45GHz频率，向接近1km的名为格朗巴桑村的地方进行点对点无线供电 。

2005年，香港城市大学电子工程学系的教授许树源，成功研制出了“无线电池充电平台”，然而在其使用的时候，仍旧是需要把产品与充电器进行接触的。

在2006年10月的时候，日本展示出了无线电力传输系统，这个系统的输出端电力是7V，而且电流为400mA，当其收发线圈的间距是4mm时，输电的效率最大能够达到50%，它被用于手机快速充电 。

2007年6月，美国麻省理工学院有个物理学助理教授马林·索尔贾希克，其所在的研究团队达成了在短距离范围之内的无线电力传输行为成果。他们针对一个直径为60厘米的线圈进行了通电操作，在距离该线圈6英尺（大约等于1.83米）的另外一处位置，存在一个连接于另一个线圈之上的60瓦灯泡经由此次操作而使得 lights up 被点亮了。马林将这种技术命名为“WiTricity “，该技术的原理是基于“磁耦合共振” 。

2008年9月，北美电力研讨会发布了论文，论文显示，有人已经在美国内华达州的雷电实验室，成功地将800W电力，以无线的方式进行传输，传输到了5m远的距离。

在2009年10月的时候，日本奈良市针对充电式混合动力巴士展开了无线充电实验，供电线圈被埋入充电台的混凝土里，汽车驶上充电台后，把车载线圈对准供电线圈，如此就能开始充电了。

3.无线电力传输的基本原理

3.1电磁感应——短程传输

电磁学里最显著重大的发现当中，电磁感应现象是其一，电与磁现象间的相互联系以及转化由其展现。电磁学的基本原理是电磁感应，变压器借助电磁感应的基本原理来运作。短程电力传输利用电磁感应的基本原理如在图1所示，发射线圈L1同接收线圈L2之间采用磁耦合传递能量。倘若线圈L1里通有交变电流，此电流在周围介质中则会形成交变磁场，线圈L2里产生的感应电势能够给移动设备供电或者给电池充电。

3.2电磁耦合共振——中程传输

中程无线电力传输方式，是借由电磁波“射频”，或运用非辐射性谐振“磁耦合”这般的形式，来开展电能的传输。它是基于电磁共振耦合的原理，借助非辐射磁场达成电力的高效传输。在电子学的理论范畴内，一旦交变电流通过导体，导体的周边就会形成交变的电磁场，而这交变的电磁场被称作电磁波。电磁波频率低于100khz时，会被地表吸收，无法形成有效传输，当电磁波频率高于100khz时，能在空气中传播，且经大气层外缘电离层反射，形成较远距离传输能力，人们将具有较远距离传输能力的高频电磁波称作射频（即：RF）。以高频电流对电信息源（模拟或者数字）施行调制（调幅或者调频），待形成射频信号后，借由天线发射至空中，在较远距离接收射频信号后要开展反调制，进而还原成电信息源，此过程称作无线传输，中程传输是通过利用电磁波损失小的天线技术，并且借助二极管、非接触IC卡、无线电子标签等达成效率较高的无线电力传输。

笼统来讲，整个装置涵盖两个线圈，每个线圈皆是一个自振系统。其中一个是发射装置，它和能量相连接，它并非向外发射电磁波，而是借助振荡器生成高频振荡电流，经由发射线圈向外发射电磁波，在周边形成一个非辐射磁场，也就是把电能转化成磁场。当接收装置的固有频率跟所接收到的电磁波频率相匹配之时，接收电路里产生的振荡电流最为强烈，达成磁场到电能的转换，进而达成电能的高效输送。图2是一个典型的运用电磁共振来达成无线电力传输的系统方案的展现状况状态。电磁波的频率越高其向空间辐射的能量就越大，传输效率就越高。

3.3微波/激光——远程传输

从理论方面来讲，无线电波在波长方面倘若越短的话，那么它所具备的定向性就会越好，而且其弥散程度相应地就会越小。所以呢，可以凭借微波或者激光的这一形式来达成电能的在远方距离进行传输这件事，这对于新能源相关方面的开发以及利用，对于解决未来之时能源上出现的短缺问题而言，同样也是拥有着关键重要意义的。在1968年的时候，美国的工程师彼得格拉提出了空间太阳能发电也就是Space Solar Power简称为SSP这样一个概念。这个概念所具有的构想是于地球外层的空间去建造太能能发电的基地所在，借助微波把电能送回到地球之上。

4.无线电力技术的应用前景

当作一种先进技术的无线电力传输，通常会应用于特殊场合，它拥有广泛的应用前景 。

4.1给一些难以架设线路或危险的地区供应电能

在高山地区的台站，时常碰到架设电力线路艰难的状况。森林地区的台站，也常常遭遇相似难题。沙漠地带的台站同样如此。海岛等地的台站亦是经常面临架设电力线路困难的问题。而处于这些地方的边防哨所，是需要生活和工作用电的。处于这里的无线电导航台，存在生活和工作用电需求。处于此地的卫星监控站，要用电来维持生活和工作。还有天文观测点，同样需要生活和工作用电，无线输电能够补充电力不足之处。另外kiayun手机版登录.v1008.点进白给你1888.中国，而且特别并且尤其，无线输电技术可供游牧等分散区村落无通过变压器来供电，还有能给用于开采放射性矿物的机器人供电，以及能给用于伐木的机器人供电 。

4.2去处理，地面太阳能电站的电能输送问题，以及水电站的，还有风力电站的，再加上原子能电站的电能输送问题 。

我国新疆，我国西藏，我国青海等地，降雨量少，日照充足，且存在大片荒芜土地，南方部分地区，水力资源丰富，风力资源丰富，这些地区有利于建造地面太阳能发电站，这些地区有利于建造水电站，这些地区有利于建造风力电站。可是，这些地区人烟稀少，这些地区地形复杂，在崇山峻岭之中难以架设线路，这时无线输电技术就有了用武之地。采用无线输电技术，还可以把核电站建在沙漠等地，采用无线输电技术，还可以把核电站建在荒岛等地。这样一方面便于埋葬核废料，另一方面当电站运行发生故障时也可以避免对周围动植物的大量伤害，另一方面当电站运行发生故障时也可以避免对耕地的污染。

4.3传送卫星太阳能电站的电能

有一种被称作卫星太阳能电站的东西在运作，它是借助运载火箭或者航天飞机，把太阳能电池板或者太阳能聚光镜等相关材料kiayun手机版登录app游戏登录入口.手机端安装.cc，送到处于赤道上空35800km位置的地球静止同步轨道上去的过程。处于太空中的太阳光线，不存在地球大气层所带来的影响，其辐射能量相当稳定，属于那种“取之不尽”的洁净能源。而且一年里有99%的时间都是白天，它的利用效率相较于地面而言，要高出6至15倍。在上述所说的那个轨道位置，利用太阳能电池板能够把阳光直接转变为电能，或者运用太阳能聚光镜将阳光汇聚起来当作热源，如同地面热电厂那样进行发电。如此这般产生的电能，会供给微波源，或者供给激光器，而后运用无线输电技术，把大功率电磁射束发送至地面，接收到的微波能量，经过整流器之后，变成直流电，再由变、配电设施供给用户。

4.4无接点充电插座

在无线电力技术发展之际，一些小型用电设备达成了无线供电，像电动牙刷，“免电池”无线鼠标，无线供电“膜片”亦或“垫”等。无线供电“膜片”或者“垫”属于一种家用电器无线供电方式，借助一片如图书大小的柔软塑料膜片就能给家电无线供电，能够为圣诞树上的LED供电，能为装饰灯供电，能为鱼缸水中的灯泡供电，能为小型电机供电，能为手机供电，能为MP3供电，能为随身听供电，能为温度传感器供电，能为助听器供电，能为汽车零部件供电，甚至能为植入式医疗器件供电。

4.5给以微波发动机推进的交通运输工具供电

在当下，绝大多数交通运输工具燃烧石油产品，这些产品的发动机被称作柴油发动机、汽油发动机等。与之进行类比推理，以微波当作能源来推进运行的发动机就被叫做微波发动机。微波属于工作频率处于0.3—300GHz范围的电磁波，是不能够直接运用它去驱动电动机的，这是由于要设计出在这般高的频率之下展开工作的发动机是极为困难的。要是思路作出改变，将微波能量转变成直流电流的整流器，那么微波就能直接作为交通工具的能源了。煤的存储量有限，石油的存储量有限，天然气的存储量也有限，并且日消耗量巨大，总有耗尽的那一天，到了那个时候，卫星太阳能电站有可能成为能源供给的主干，借助无线输电技术能够直接把微波能量输给交通运输工具。

4.6在月球和地球之间架起能量之桥

世界人口持续增长kiayun手机版登录app游戏登录入口.手机端安装.cc，地球资源日渐耗尽，开发利用太阳系中其他星球是人类长久以来的心愿。月球是地球的天然卫星，它上面资源丰富，地域广袤，是首先要进行开发的星体。未来人类对月球的利用主要是移民以及获取资源。月球的土壤富含SiO2，这是制造太阳能电池的原料。要是先在月球上建起工厂，接着把太阳能电站直接建在月球上，相较于建在地球静止同步轨道上会更容易些，并借助微波束或激光束将电能传送到地球。

5.结语

随无线电力传输技术不断前进发展变得成熟，这不仅会让人们未来活得有望挣脱手机、相机、笔记本电脑等移动设备电源线的限制，能尽享于机场、车站、酒店众多场所供应的无线电力里，还能够应用到某些特别场合之中，就好像人体植入仪器例如心脏起搏器等的输电难题、新能源（电动）汽车方面、低轨道军用卫星方面、太阳能卫星发电站方面等。在世界经济飞速发展的当下，节能以及新的、可再生能源的开发成了摆在能源工作者眼前的首要难题。太阳能是那种取之无穷尽、永远用不完的清洁干净能源，地球上除了核能、或者地热能以及潮汐能之外，所有能源都来源于太阳，建造一颗可以发电的卫星把电力输送到地面的太阳能电站，是解决人类能源面临的危机的一个非常重要的途径了呀．要把相对而言在地球静止时候的同步轨道上的电能源源不断地输送到地面上来，无线输电技术会发挥极其关键的重要作用，从很长远的未来发展来看此技术有着潜在的极为广泛普遍的应用前景呀 。然而，每一种无线传输方式，都存在着一系列问题有待去解决，像是电能传输效率方面的问题，电力公司究竟该怎样进行收费以及计费，能量传输过程当中所产生的电磁波会不会对人体健康造成危害，诸如此类等等。不管究竟是怎样的情况，一旦这项技术可以实现普及，那便会给人们的生活带来极大的便利。