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1、無線電能傳輸技術(shù)綜述第26卷第4期重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2009年10月Vol126 NO.5 JChongqingTechnolBusinessUniv1(NatSciEd) Oct12009 文章編號(hào):1672-058X(2009)05-0485-04無線電能傳輸技術(shù)綜述3張茂春1,王進(jìn)華2,石亞偉2(1.重慶市電力公司萬州供電局,重慶萬州404000;2.西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院重慶400715) 摘 要:敘述了無線電能傳輸?shù)母拍詈桶l(fā)展歷程,著重對電磁感應(yīng)式、電磁共振式和電磁輻射式三種無線電能傳輸進(jìn)行了詳細(xì)分析;電磁感應(yīng)式傳輸距離
2、近、效率低且需要補(bǔ)償;電磁共振式是對感應(yīng)式的突破,可以在幾米的范圍內(nèi)傳輸中等,其研究前景較好;電磁輻射式傳輸距離遠(yuǎn),功率較大,但傳輸較遠(yuǎn)距離時(shí)需要高效整流天線和高方向性天線,其研制難度較大。關(guān)鍵詞:無線電能傳輸;電磁感應(yīng);磁諧振;微波 中圖分類號(hào):TM72的一種技術(shù)。無線輸電分為:電磁感應(yīng)式、輸;電磁共振適于中等功率、手機(jī)、 所謂無線電能傳輸[1](WirelssPowerTransmission文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A———WPT)就是借助于電磁場或電磁波進(jìn)行能量傳遞電磁共振式和電磁輻射式。電磁感應(yīng)可用于低功率、近距離傳中等距離傳輸;電磁輻射則可用于大功率、遠(yuǎn)距離傳輸。近年來,一
3、些便攜式電器如筆記本電腦、音樂播放器等移動(dòng)設(shè)備都需要電池和充電。電源電線頻繁地拔插,既不安全,也容易磨損。一些充電器、電線、插座標(biāo)準(zhǔn)也并不完全統(tǒng)一,這樣即造成了浪費(fèi),也形成了對環(huán)境的污染。而在特殊場合下,譬如礦井和石油開采中,傳統(tǒng)輸電方式在安全上存在隱患。孤立的島嶼、工作于山頭的基站,很困難采用架設(shè)電線的傳統(tǒng)配電方式。在上述情形下,無線輸電便愈發(fā)顯得重要和迫切,因而它被美國《技術(shù)評論》雜志評選為未來十大科研方向之一。在無線輸電方面,我國的研究才剛剛起步,較歐美落后。在此旨在闡述當(dāng)前的技術(shù)進(jìn)展,分析無線輸電原理,為我國在無線輸電方面的深入研究提供參考。1 無線電能傳輸技術(shù)的發(fā)展
4、歷程最早產(chǎn)生無線輸能設(shè)想的是尼古拉·特斯拉(NikolaTesla),因而有人稱之為無線電能傳輸之父。1890年,特斯拉就做了無線電能傳輸試驗(yàn)。特斯拉構(gòu)想的無線電能傳輸方法是把地球作為內(nèi)導(dǎo)體,把地球電離層作為外導(dǎo)體,通過放大發(fā)射機(jī)以徑向電磁波振蕩模式,在地球與電離層之間建立起大約8Hz的低頻共振,利用環(huán)繞地球的表面電磁波來傳輸能量。最終因財(cái)力不足,特斯拉的大膽構(gòu)想沒能實(shí)現(xiàn)[1,2]。其后,古博(Goubau)、施瓦固(Sohweing)等人從理論上推算了自由空間波束導(dǎo)波可達(dá)到近100%的傳輸效率,并隨后在反射波束導(dǎo)波系統(tǒng)上得到了驗(yàn)證。20世紀(jì)20年代中期,日本的H.Yagi和
5、S.Uda發(fā)明了可用于無線電能傳輸?shù)亩ㄏ蛱炀€,又稱為八木-宇田天線。20世紀(jì)60年代初期雷聲公司(Raytheon)的布朗(W.C.Brown)做了大量的無線電能傳輸研究工作,從而奠定了無線電能傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)基礎(chǔ),使這一概念變成了現(xiàn)實(shí)[3]。在實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)了一種效率高、結(jié)構(gòu)簡單的半波電偶極子半導(dǎo)體二極管整流天線,將頻率2.45GHz的微波能量轉(zhuǎn)換為了直流電。1977年在實(shí)驗(yàn)中使用GaAs-Pt肖特基勢壘二極管,用鋁條構(gòu)造半波電 收稿日期:2008-02-21;修回日期:2008-04-25。3基金項(xiàng)目:西南大學(xué)博士基金(104180-20710912)?！∽髡吆喗?張茂春(1973
6、-),男,重慶萬州人,工程師,從事電力系統(tǒng)的研究。次級組分別繞在具有次級組分別繞在具有486重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第26卷偶極子和傳輸線,輸入微波的功率為8W,獲得了90.6%的微波————直流電整流效率。后來改用印刷薄膜,在頻率2.45GHz時(shí)效率達(dá)到了85%。自從Brown實(shí)驗(yàn)獲得成功以后,人們開始對無線電能傳輸技術(shù)產(chǎn)生了興趣。1975年,在美國宇航局的支持下,開始了無線電能傳輸?shù)孛鎸?shí)驗(yàn)的5a計(jì)劃[4]。噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)室和Lewis科研中心曾將30kW的微波無線輸送1.6km,微波————直流的轉(zhuǎn)換效率達(dá)83%。1991年,華盛頓ARCO電力技術(shù)公司使用頻率35G
7、Hz的毫米波,整流天線的轉(zhuǎn)換效率為72%。1998年,5.8GHz印刷電偶極子整流天線陣轉(zhuǎn)換效率為82%。前蘇聯(lián)在無線電能傳輸方面也進(jìn)行了大量的研究。莫斯科大學(xué)與微波公司合作,研制出了一系列無線電能傳輸器件,其中包括無線電能傳輸?shù)年P(guān)鍵器件————快回旋電子束波微波整流器[5]。近幾年,無線電能傳輸發(fā)展更是迅速。Wildcharge、Powercast、SplashPower、東京大學(xué),相繼開發(fā)出非接觸式充電器。MIT在2007年6月宣布,利用電磁共振成功地點(diǎn)亮了一個(gè)離電源約2m遠(yuǎn)的60W電燈泡,這項(xiàng)技術(shù)
