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1、无线电能传输技术综述第26卷第4期Vol..26..NO.5................重庆工商大学学报(自然科学版)JChongqingTechnolBusinessUniv..(NatSciEd)................2009年10月Oct..2009....文章编号:1672-058X(2009)05-0485-04无线电能传输技术综述*张茂春1,王进华2,石亚伟2(1.重庆市电力公司万州供电局,重庆万州404000;2.西南大学电子信息工程学院重庆400715)..收稿日期:2008-02-21;修回日期:2008-04-25。*基金项目:西南大学博士
2、基金(104180-20710912)。..作者简介:张茂春(1973-),男,重庆万州人,工程师,从事电力系统的研究。....摘..要:叙述了无线电能传输的概念和发展历程,着重对电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式三种无线电能传输进行了详细分析;电磁感应式传输距离近、效率低且需要补偿;电磁共振式是对感应式的突破,可以在几米的范围内传输中等,其研究前景较好;电磁辐射式传输距离远,功率较大,但传输较远距离时需要高效整流天线和高方向性天线,其研制难度较大。关键词:无线电能传输;电磁感应;磁谐振;微波....中图分类号:TM72文献标志码:A....所谓无线电能传输[1](Wire
3、lssPowerTransmission......WPT)就是借助于电磁场或电磁波进行能量传递的一种技术。无线输电分为:电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式。电磁感应可用于低功率、近距离传输;电磁共振适于中等功率、中等距离传输;电磁辐射则可用于大功率、远距离传输。近年来,一些便携式电器如笔记本电脑、手机、音乐播放器等移动设备都需要电池和充电。电源电线频繁地拔插,既不安全,也容易磨损。一些充电器、电线、插座标准也并不完全统一,这样即造成了浪费,也形成了对环境的污染。而在特殊场合下,譬如矿井和石油开采中,传统输电方式在安全上存在隐患。孤立的岛屿、工作于山头的基站,很困难采用架设
4、电线的传统配电方式。在上述情形下,无线输电便愈发显得重要和迫切,因而它被美国..技术评论..杂志评选为未来十大科研方向之一。在无线输电方面,我国的研究才刚刚起步,较欧美落后。在此旨在阐述当前的技术进展,分析无线输电原理,为我国在无线输电方面的深入研究提供参考。1..无线电能传输技术的发展历程最早产生无线输能设想的是尼古拉..特斯拉(NikolaTesla),因而有人称之为无线电能传输之父。1890年,特斯拉就做了无线电能传输试验。特斯拉构想的无线电能传输方法是把地球作为内导体,把地球电离层作为外导体,通过放大发射机以径向电磁波振荡模式,在地球与电离层之间建立起大约8Hz的低
5、频共振,利用环绕地球的表面电磁波来传输能量。最终因财力不足,特斯拉的大胆构想没能实现[1,2]。其后,古博(Goubau)、施瓦固(Sohweing)等人从理论上推算了自由空间波束导波可达到近100%的传输效率,并随后在反射波束导波系统上得到了验证。20世纪20年代中期,日本的H.Yagi和S.Uda发明了可用于无线电能传输的定向天线,又称为八木-宇田天线。20世纪60年代初期雷声公司(Raytheon)的布朗(W.C.Brown)做了大量的无线电能传输研究工作,从而奠定了无线电能传输的实验基础,使这一概念变成了现实[3]。在实验中设计了一种效率高、结构简单的半波电偶极子半
6、导体二极管整流天线,将频率2.45GHz的微波能量转换为了直流电。1977年在实验中使用GaAs-Pt肖特基势垒二极管,用铝条构造半波电偶极子和传输线,输入微波的功率为8W,获得了90.6%的微波......直流电整流效率。后来改用印刷薄膜,在频率2.45GHz时效率达到了85%。自从Brown实验获得成功以后,人们开始对无线电能传输技术产生了兴趣。1975年,在美国宇航局的支持下,开始了无线电能传输地面实验的5a计划[4]。喷气发动机实验室和Lewis科研中心曾将30kW的微波无线输送1.6km,微波......直流的转换效率达83%。1991年,华盛顿ARCO电力技术公
7、司使用频率35GHz的毫米波,整流天线的转换效率为72%。1998年,5.8GHz印刷电偶极子整流天线阵转换效率为82%。前苏联在无线电能传输方面也进行了大量的研究。莫斯科大学与微波公司合作,研制出了一系列无线电能传输器件,其中包括无线电能传输的关键器件......快回旋电子束波微波整流器[5]。近几年,无线电能传输发展更是迅速。Wildcharge、Powercast、SplashPower、东京大学,相继开发出非接触式充电器。MIT在2007年6月宣布,利用电磁共振成功地点亮了一个离电源约2m远的60W电灯泡,
