国外无线电力传输技术进展

86 上

海信息

化

无线电力传输（Wireless Power Transmission，WPT）也称无线能量传输或无线功率传输，主要通过电磁感应、电磁共振、射频、微波、激光等方式实现非接触式的电力传输。随着电力电子器件、功率变换和控制技术的发展，无线电力传输技术在转换率、低辐射等方面逐渐取得突破，无线电力传输在军事、通信、工业、医疗、运输、电力、航空航天、节能环保等领域呈现良好应用前景。

近年来，全球无线电力传输市场规模逐年递增，据IHS iSuppli数据显示，2010年无线充电设备市场收入达到1.2亿美元，到2015年将达到237亿美元。从2011 年开始，全球无线充电模块销量急剧增长，2019年将增长到9.23亿个（见表1）。手机、笔记本电脑等是无线电力传输的主要应用对象，厂商正将无线电力传输技术嵌入到包括智能手机、平板电脑、蓝牙耳机在内的终端。

十九世纪末，尼古拉?特斯拉发明了“特斯拉”线圈，使无线电力传输成为可能。近年来，无线电力传输技术发展迅猛，在军事、通信、工业等各大领域都拥有十分广阔的应用前景。对于消费者来说，无线充电的意义还不仅仅是带来充电方式的便捷化，随着无线充电技术从手机、平板等小功率设备向笔记本电脑、智能电视甚至电动汽车等大型设备的拓展，可以说，无线电力传输技术必将为人们的日常生活带来更多的惊喜。

文／陈 骞

美日两国处于领先地位

美国、日本等国众多企业或研究机构竞相研发无线电力传输技术，探索无线电力传输系统在不同领域的应用，致力于将其实用化，目前，已获得了一定的技术突破，相应产品也陆续面世。

美国电子信息企业对短距离电力传输技术给予极大投入。Power Cast 公司利用电磁波损失小的天线技术，借助二极管、非接触IC 卡和无线电子标签等，实现了效率较高的无线电力传输，将无线电波转化成直流电，并在约1 米范围内为不同电子装置的电池充电。Palm 公司将无线充电应用在手机上，推出充电设备“触摸石”，利用电磁感应原理为手机进行无线充电。Powermat 推出的充电板有桌面式和便携式等多种，主要由底座和无线接收器组成。Fulton 公司开发的eCoupled 无线充电技术，充电器能够自动地通过超高频电波寻找待充电电器，动态调整发射功率。Visteon 公司计划为摩托罗拉手机和苹果的iPod 生产eCoupled 无线充电器。Power 公司开发的电波接收型电能储存装置以美国匹兹堡大学研发的无源型 RFID 技术为基础，通过射频发射

装置传递电能。WildCharge 公司开发的无线充电系统，充

电板的外观像一个鼠标垫，能够放置在桌椅等任何平坦表

数据来源：IHS iSuppli 单位：百万个

表1 全球无线充电应用数量

Oversea View

他山之石

87

上海信息

化

面，可提供高达90W 的功率，足以同时为多数笔记本电脑以及各种小型设备充电。

日本企业与研究机构也在无线电力传输技术领域投入了很多研发力量，并计划在2015 年前后将其投入居民生活中。2011 年，日本宽带无线论坛的无线电力传输工作小组以实现无线供电技术的早期实用化为目的，制定了无线供电相关的指南，确保用户能够安全

WPC）”于2008年年底成立，这是业界第一个推动无线充电技术标准化的组织，涵盖电池、消费电子、芯片、设备制造、基础设施及无线充电技术等领域。目前，联盟超过100家，包括Convenient Power、Duracell、Hosiden、Fulton Innovation、Leggett & Platt、美国国家半导体、诺基亚、奥林巴斯、飞利浦、三星电子、三洋电机及德州仪器等，涵盖电池、消费电子、芯片、设备制造、基础设施及无线充电技术等领域。

2010年，无线充电联盟制定并发布了无线电力传输的全球标准Qi。自发布以来，Qi已经演进到1.0.3版本，目前主要支持低功率设备，功率最高5W。早期支持Qi标准的设备，接收端主要以保护套的形式套在移动设备上，而从2011年开始，一些厂商已经将接收端集成到了手机当中。Qi主要的推动力来源于电信运营商，如Verizon要求手机厂商必须支持该种标准，从而确保用户可以随时随地地应用Verizon的网络，而在日本，电信运营商希望不仅手机能支持Qi标准，同时还能将无线供电设备融入到基础建设。2011年11月，无线充电国际联盟展示了其成员企业开发的60多款无线充电器，三星、HTC等主要手机厂商均推出带无线充电功能的手机。

信息技术领军企业三星和高通与其他企业共同组成另一家无线电力行业联盟“无线充电联盟”（Alliance for Wireless Power，A4WP）。该独立运营组织的使命在于促进全球无空间限制的无线充电技术的标准化，针对各种消费电子设备建立一个全球性无线充电技术体系，制定产品检验、认证程序，促进行业与监管者就无线充电政策的制定展开对话。与高通和三星一同加入联盟的公司还有Ever Win Industries、Gill Industries、Powermat Technologies以及SK Telecom。

从技术类型分析，两大无线充电联盟所倡导的技术方式有所不同。WPC主要是采用线圈耦合的方式来实现能量转移，目前主要为5W产品的低功耗应用制定规范，也在尝试为高功率产品制定规范。它可实现在一个平面上为多个电器进行充电，充电板的发射端与充电产品接收端距离为5毫米。A4WP正在促进共振方式无线充电技术的发展，充电板与智能机装置拥有同样频率的共振线圈，通过共振来充电，因此即便智能手机不与充电板接触也可进行充电。除了两大联盟的技术方式外，也存在其他几种充电方式，比如以Wildcharge、Duracell两家公司为主的传导式充电、Powermat和Palm的无线充电技术，以及以Powercast公司为代

表的RF射频充电技术等。

利用无线供电。企业方面，日本株式会社村田制作所采用电场结合型无线电力传输技术，与TMMS公司共同开发的无线电力传输系统，具有高效性和较大的位置自由度。NTT DoCoMo 等移动通信运营商积极采用非接触充电技术，松下联手NTT DoCoMo 开发无线充电器。昭和飞机工业公司研制出基于电磁感应原理无线传输电力的非接触式电源供应系统。富士通公司利用磁铁实现了设备在距离充电器最远可达几米远的地方进行无线充电。松下推出了内置太阳能板的桌子，可为移动设备提供电力。

研究机构方面，日本邮政省通信综合研究所和神户大学工学部开发的5kW 微波电力无线输电系统，可准确为飞艇输电。东京大学产学研国际中心开发的家用电器无线供电塑料膜片，可贴在桌子、地板、墙壁上，为小型电机供电。

行业联盟指引技术走向

全球首个推动无线电力传输技术的标准化组织“无线充电联盟（Wireless Power Consortium，

Oversea View

他山之石

浅谈无线电力传输

浅谈无线电力传输 张业邹代宇陈昊 内容摘要：无线电力传输技术是一项新兴的科技，这项技术未来将很大程度的造福人类。本文将对无线电力传输技术的历史，基本原理，研究现状以及未来前景进行介绍，让人们更好地认识这门新兴技术。 关键词：无线电力传输，电磁感应，耦合，共振，无线充电，改变世界。 一、无线电能传输的发展历史 1820年:安培,安培定理表明电流可以产生磁场。1831年:法拉第,法拉第电磁感应定律是电磁学的一个重要的基本规律。1864年:麦克斯韦建立了统一的电磁场方程,用数学的方法描述电磁辐射。1864年:赫兹证实了电磁辐射的存在。赫兹产生电磁波的设备是VHF和UHF 波段的放电发射机。1891年:特斯拉(NikolaTesla)改善了赫兹的微波发射器的射频功率供应,并申请专利。1893年:特斯拉在芝加哥的哥伦比亚世界博览会展示了他的无线传输的荧光照明灯。1894年:勒布朗(Hutin&LeBlanc)相信可以感应传输电能,并申请了关于一个能传输3KHz电能的系统的美国专利。1894年:特斯拉分别在纽约的第五大道南35号的实验室和休斯敦街46号的实验室通过无线方式点亮了一个单极白炽灯,实验手段用到电力感应、无线共振感应耦合等技术。1894年:钱德拉玻(JagdishChandraBose)使用电磁波信号远距离点燃火药和

触响铃铛,表明不用电线也能传递能量。1895年:钱德拉玻无线传输信号将近一英里远的距离。1896年:特斯拉发射了约48公里(30英里)距离的信号。1897年:马可尼(GuglielmoMarconi)使用超低频无线电发射器传送6公里的摩尔斯电码信号。1897年:特斯拉申请了无线传输的专利。自此，无线电力传输技术真正走上了历史的舞台。 一、无线电能传输的基本原理 无线输电技术根据其应用场合的变化有不同的原理,技术方案也不尽相同。 1.电磁感应原理 此原理与电力系统中常用的变压器原理类似。在变压器的原边通入交变电流,副边会由于电磁感应原理感应出电动势,若副边电路连通,即可出现感应电流,其方向的确定遵从楞次定律,大小可由麦克斯韦电磁理论解出。电力系统中的电压、电流互感器也是采用了类似的原理。相对于无线输电而言,变压器的原边相当于电能发射线圈,副边相当于电能接收线圈,这样就可以实现电能从发射线圈到接收线圈的无线传输。虽然电磁感应原理在电力系统中应用的初衷并不侧重于电能的传输,而是利用能量的转化改变电压、电流的数量级,但其对无线输电确实产生了一定的启发作用, 尤其是电能的小功率、短距离传送。目前使用电磁感应传递电能的主要有电动牙刷, 以及手机、相机、MP3等小型便携式电子设备,由充电底座对其进行无线充电。电能发射线圈安装在充电底座内,接收线圈则安装在电子设备中。这种原理的无

高效无线电力传输系统

高效无线电力传输系统 摘要——本文提出了基于自动引导车辆的无线电力传输系统的概念，该系统在车上装有充电电池，并在特定的地方进行充电。当给车辆充电时，要接近蓄电池充电器进行自动充电，因此，蓄电池充电器的初级变压器与车上的次级变压器之间需要较大的间隙，用以防止碰撞损坏。这样的话就要设法预防由于这个较大距离产生的变压器耦合率的降低，传统的无线电力传输技术由于电力需要通过拾波电圈从电线获得，就要装备一个大尺寸的变压器，并且当距离超过车行驶的长度铜的损失也会加大。先进的系统采用一个高频率的应用软开关方法变极器减小变压器尺寸，变压器间隙每10mm耦合率0.88，并且可达到91%的运行效率。 1.引言 最近，研究者对基于诸如自动引导车辆等运动机械的无线电力传输系统进行了测试，自动引导车辆通常使用带台车的供电系统，但好的金属粒子是通过供电时的摩擦产生的，由于无线电力传输系统不产生摩擦，其严格要求在清洁的室内或医院里，并且因为没有磨损从而该系统有减低维修频率的有点。 传统的带有无线电力传输系统的自动引导车辆需要一条与轨道平行的电线并且通过拾波电圈获得电能，但是因为拾波电圈在结构上与变压器的第一圈相似，所以为了在次级变压器端（车辆端）获得足够的电能，在初级变压器一端（电线端）需要超额的电流，特别是当车辆行驶一段长距离，铜损失不能被忽略，并且由于发生磁通量的大量泄漏，耦合率不足，所以拾波线圈也需要大型的变压器和较大的电能供应设备。 本文提出了基于自动引导车辆的无线电力传输系统的概念，在无线变压器见有10mm间隙的情况下，得到不同变压器结构的仿真和实验结果，从这些结果中给出了一种高耦合率的变压器结构，此外采用了0V变换方式的回荡变极器作为供电设备（蓄电池充电器）的变极器，选取100kHz变换频率以减小变压器尺寸。对充电器和变压器的实验评价显示该提出的系统可以高效率运行。 2.无线电力传输系统的概念 图1.表示基于自动引导车辆的无线电力传输系统的新概念，该系统的充电电池装载在车

无线电能传输实验报告

实验报告 1.实验原理 与无线通信技术一样摆脱有形介质的束缚，实现电能的无线传输是人类多年的一个美好追求。无线电能传输技术 (Wireless Power Transfer, WPT )也称之为非接触电能传输技术(Contactless PowerTransmission, CPT )，是一种 借于空间无形软介质(如电场、磁场、微波等)实现将电能由电源端传递至用电设备的一种供电模式，该技术是集电磁场、电力电子、高频电子、电磁感应和耦合模理论等多学科交叉的基础研究与应用研究，是能源传输和接入的一次革命性进步。 无线电能传输技术解决了传统导线直接接触供电的缺陷，是一种有效、安全、便捷的电能传输方法，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。该技术不仅在军事、航空航天、油田、矿井、水下作业、工业机器人、电动汽车、无线传感器网络、医疗器械、家用电器、RFID识别等领域具有重要的应用价值，而且对电磁理论的发展亦具有重要科学研究价值和实际意义。在中国科协成立五十周年的系列庆祝活动中，无线能量传输技术被列为“0 项引领未来的科学技术”之一。 到目前为止，根据电能传输原理，无线电能传输大致可以分为三类：感应耦合式、微波辐射式、磁耦合谐振式。作为一个新的无线电能传输技术，磁耦合谐振式是基于近场强耦合的概念，基本原理是两个具有相同谐振频率的物体 学习参之间可以实现高效的能量交换，而非谐振物体之间能量交换却很微弱。

磁耦合谐振式无线电能传输的传输尺度介于前两者之间，因此也被称之为中尺度（mid-range）能量传输技术，其尺度为几倍的接收设备尺寸（可扩展到几米到几十米）。 除了较大的传输距离，还存在以下优势：由于利用了强耦合谐振技术，可以实现较高的功率（可达到kW）和效率；系统采用磁场耦合（而非电场，电场会发生危险）和非辐射技术，使其对人体没有伤害；良好的穿透性，不受非金属障碍物的影响。因此该技术已经成为无线电能传输技术新的发展方向。 基于磁耦合谐振技术的无线电能传输技术主要利用的是近场磁耦合共振技术，共振系统由多个具有相同本征频率的物体构成，能量只在系统中的物体间 传递，与系统之外的物体基本没有能量交换，在达到共振时，物体振动的幅度达到最大。 基于磁耦合谐振技术的无线电能传输系统一般由高频发射源、发射系统、接收系统、负载等部分组成，其中发射系统和电磁接收系统，是无线电能传输系统的关键部分。 其典型模型如下图所示。由下图可知发射系统包括励磁线圈和发射线圈，它们之间是通过直接耦合关系把能量从励磁线圈传到发射线圈，励磁线圈所需能量直接从高频电源处获得。电磁接收系统包括接收线圈和负载线圈，它们之间也是通过直接耦合关系把能量从接收线圈传到负载线圈。发射线圈与接收线圈之间通过空间磁场的谐振耦合实现电能的无线传输。 学习参

浅析水下无线电能传输技术的发展及应用趋势

浅析水下无线电能传输技术的发展及应用趋势 发表时间：2019-06-28T09:41:40.967Z 来源：《中国电气工程学报》2019年第4期作者：赵文圣  [导读] 摘要：无线电能传输技术是当下研究的热点，是人工智能、电子信息、电气设备等方面重要研发方向，因其使用较比方便，在某些特殊的环境能够发挥更大的作用。而水下无线电能传输根据研究价值，笔者粗浅分析了水下无线电能传输技术的发展及应用趋势。中国矿业大学 221116 摘要：无线电能传输技术是当下研究的热点，是人工智能、电子信息、电气设备等方面重要研发方向，因其使用较比方便，在某些特殊的环境能够发挥更大的作用。而水下无线电能传输根据研究价值，笔者粗浅分析了水下无线电能传输技术的发展及应用趋势。 关键词：无线电能传输技术；水下传输；应用趋势 海洋搜救、水下探测、潜水运动等使用的水下设备，大多使用传统电池供电方式，而水下设备其他供电方式的研究不断进行，无线电传输技术也随着引入水下设备供电系统之中。在未来，谁能首先解决水下无线电能传输问题，谁就能在未来海洋工程中占得先机。 1、无线电能传输技术的发展 19世纪30年代，作为第一发现电磁感应现象的英国科学家法拉第，开创了无线电能传输的新纪元。1890年，克罗地亚科学家尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）提出一个大胆的构想：把地球作为导体，在地球与电离层之间建立起低频共振，利用环绕地球的表面电磁波来远距离传输电力[1]，后来特斯拉建成了187英尺的无线电能传输铁塔。20世纪90年代，飞利浦公司研发出了无线充电牙刷，通过内部线圈感应充电器发出的磁场后充电。2007年6月，知名的美国麻省理工学院，校内研究小组利用无线电能传输技术给远处的灯泡供电，成功点亮了灯泡，同时点亮了世界对于无线电能传输技术的新里程碑。随着历史的不断发展，科学的不断进步目前无线电能传输主要有三种方式，即电磁感应式、电磁共振式、电磁波发射式。 水下无线电能传输技术也随着无线电技术的发展而发展，在我国，浙江大学流体传动及控制实验室对于水下电磁耦合、充放电系统、线圈优化等方面都有较大的研究成果，是我国国家重点实验室；西北工业大学对于水下电路结构设计、水下电磁耦合等方面也进行重点研究；国防科技大学也研究了独有的水下无线电能传输系统。 2、水下无线电能传输技术应用发展趋势 随着人类对于海洋的不断开发，水下作业不断增加，同时要求工作要求难度越高、时间越长，因此水下设备要求更高，能解决更多问题，而无线电能传输技术也在向结构多样化、功能集成化等方向发展，同时也存在急需解决的各种问题。 2.1 结构多样化 由于各国工业用电标准不一致，设备多样化，因此无线电能传输也在向着多样化结构发展。以线圈绕组方式分类，可分为单面和双面绕组方式。单面绕组需要宽度达的耦合器，而耦合器的位置在整个无线电能传输系统中有会有很大影响。而且单面绕组式需要设置屏蔽板，用以阻止漏磁通[2]。但由于现代技术的不断发展，对于电子设备的体积也需要不断变小，而此时单面绕组式则体现了其体积小、重量轻、扁平化等特性，适用于未来发展需要。 由于水下作业的特殊情况，设备精度一般较低，使用比较困难，因此选择合适的磁芯对于整个设备的电能传输尤为重要。罐型磁芯的电磁屏蔽性较好，在一定程度上能够很好的抗干扰性，适用于水下作业对于设备的多项要求。 2.2 功能集成化 水下设备功能的实现主要靠能量和信号两个概念，能量为电气系统的正常运行提供保障，信号为整个系统的运行、控制、检测提供了命令。在一个完整的水下无线电能传输系统中，需要有控制指令、检测信号的同时，实现能量的传输，这就需要整套系统集能量传输和信号发送于一体。目前行业内主要有两种不同的设备能量信号传输方式： （1）独立式。整个系统设置两组线圈，分别进行无线能量传输和信号传输，两个线圈相对独立。但两组线圈无论水平放置，还是垂直放置，都会发生线圈耦合，产生很大的干扰，同时对于能量有很大损失，数据难以正常传输。 （2）高频注入式。信号和能量的无线传输可以通过同一磁路进行，这是高频注入式的最大特点，它将信号和能量的传输集中于一种线圈，通过相同的两极线圈工作。通过高频信号波和低频电能传输波结合，形成一个复合波，经过传输设备进行传输。在此传输过程中，能量损耗能控制在一定范围内，不会影响数据的传输，最终达到信号和能量最大化传输的目的。 2.3 急需解决的问题 （1）电能传输稳定性问题。无线电能传输本身就存在很大的不稳定性，在水下作业要求更高。 （2）传输距离问题。在各种实验中发现，一旦距离增大，就需要同时增大线圈半径，而线圈半径体积不可能无线增大。 （3）生物安全问题。在整个传输系统中，都存在高频电流和磁场，对生物生存环境有很大的负面影响。 3、结语 无线电能传输技术由于其特有的便捷性，特别是针对水下设备能量补给问题，比传统供电方式有很大的优点，虽然还存在的很多问题，但是通过广大研究学者的不断努力，必将逐步解决当下各种技术难点，让水下无线电能传输技术得到更大的发展，拥有更广阔的前景。 参考文献： [1]王浩.磁耦合谐振无线电能传输系统耦合状态与传输特性研究[D].东北大学,2015. [2]贺县林,戚连锁,罗宁昭.基于海水环境下ICPT系统电磁耦合器的研究[J].船电技术，2015,35（11）：47-51

谐振耦合式无线电力传输系统matlab建模

Modeling Resonant Coupled Wireless Power Transfer System 谐振耦合式无线电力传输系统建模 This example shows how to create and analyze resonant coupling type wireless power transfer(WPT) system with emphasis on concepts such as resonant mode, coupling effect, and magnetic field pattern. The analysis is based on a 2-element system of spiral resonators. 这个例子显示了如何创建和分析谐振耦合式无线电力传输系统（WPT）的概念如谐振模式，强调耦合效应和磁场模式。此分析是基于两螺旋谐振器系统。 This example requires the following product: 这个例子需要以下产品： Partial Differential Equation Toolbox? Design Frequency and System Parameters设计频率和系统参数 Choose the design frequency to be 30MHz. This is a popular frequency for compact WPT system design. Also specify the frequency for broadband analysis, and the points in space to plot near fields. 选择的设计频率为30MHz。这是便携式WPT系统设计的一个流行的频率。还指定了宽带分析的频率，和在附近的空间中的点。 fc=30e6; fcmin = 28e6; fcmax = 31e6; fband1 = 27e6:1e6:fcmin; fband2 = fcmin:0.25e6:fcmax; fband3 = fcmax:1e6:32e6; freq = unique([fband1 fband2 fband3]); pt=linspace(-0.3,0.3,61); [X,Y,Z]=meshgrid(pt,0,pt); field_p=[X(:)';Y(:)';Z(:)']; The Spiral Resonator螺旋谐振器 The spiral is a very popular geometry in resonant coupling type wireless power transfer system for its compact size and highly confined magnetic field. We will use such a spiral as the fundamental element in this example. 螺旋是一种非常流行的几何形状在谐振耦合型无线功率传输系统，其紧凑的尺寸和高度密闭的磁场。我们会使用这样一个螺旋的基本元素在这个例子中。 Create Spiral Geometry The spiral is defined by its inner and outer radius, and number of turns. Express the geometry by its boundary points, then import its boundary points into pdetool. The mesh is generated in pdetool and exported. The mesh is described by points and triangles. 创建螺旋几何形状的螺旋是由它的内部和外部半径定义，和数量的圈数。由边界点的几何表达，那么进口边界点为有效。网格产生有效和出口。网格是由点和三角形描述的。 Rin=0.05; Rout=0.15; N=6.25; [p,t]=createSpiral(Rin,Rout,N);

无线电能传输

Frequency dependence of magnetic flux profile in the presence of metamaterials for wireless power transfer Boopalan G School of Electronics Engineering VIT University Vellore, Tamil Nadu, India boopalan@vit.ac.in Subramaniam C K School of Advance Sciences VIT University Vellore, Tamil Nadu, India subramaniam@vit.ac.in Abstract— We discuss the change in the magnetic flux profile by introducing a negative refractive index material (metamaterial) in between the source and receiver. The environment parameters, ε and μ , has a significant effect on the propagation of electromagnetic wave. The behavior of Transverse Magnetic (TM) wave when the medium in the path of propagation is changed to negative permittivity and permeability is simulated and discussed. The effect of size, shape and anisotrophy of the metamaterials, for near-field regions, on the magnetic flux density has been studied using finite element analysis. An enhancement in the magnetic flux density when a metamaterial is introduced in between the source and receiver was observed. The results show that the static and quasi-static behavior of the system is same. Keywords—metamaterials, quasi static, magnetic flux transverse magnetic I.I NTRODUCTION The idea of charging on the go is an exciting option for various high power applications like Electric Vehicle. Wireless power charging can be done by radiative or non-radiative processes. Use of microwave and optical frequencies falls into the radiative category while non-radiative process refers to the near-field domain. This concept was put forward by Nikola Tesla when he invented an apparatus for transmitting electrical energy wirelessly [1]. Later, with the advent of microwave transmission technology in 1960’s researchers dreamed power transfer from satellite space station to earth [2]. For short distances inductive coupling is very convenient [3-4]. The enhancement in coupling efficiency is obtained by replacing coils with resonators [5-7]. The efficiency can further be improved by introducing a negative refractive index material between the source and the receiver [8-12]. The negative refractive index material or metamaterial has the unique property of enhancing the evanescent as well as non-evanescent waves [10]. In this paper we present the magnetic flux density variations for quasi-static scenarios when a metamaterial is introduced in between the source and the receiver. The model used for simulation is a 2-dimensional one as we are interested only in the profile in that direction which is in the direction of propagation. II.T HEORY Our system consists of a source, receiver and a metamaterial as shown in fig. 1. The source is a circular loop of radius ‘a’ located in free space. The receiver is a point of interest ‘P’ where the magnetic flux density enhancement is observed. The metamaterial in between the source and the receiving point is a rectangular block which enhances the magnetic flux density at the point ‘P’. The transmitter is a single turn coil carrying current ‘I’ which in turn generates the magnetic field H in the surrounding medium. The magnetic field H at a distance ‘z’ from the center of the coil is given by I (1) The coil is fed with a current of ‘I’ amperes as given by the equation below I . (2) Fig. 1. Schematic of Wireless Power transfer y x z

浅析无线充电技术的发展历史与最新趋势

浅析无线充电技术的发展历史与最新趋势 摘要：文章主要追溯了国内外无线充电技术在近一百年里的发展历史。通过对无线充电技术最新发展现状的解读，浅析其当今发展的四大趋势，即发展领域扩展化、发展动力多重化、实现方式多样化与智能化以及发展瓶颈明朗化，并就该技术未来的发展进行展望。 关键词：无线充电；历史；发展现状；趋势 随着科技与社会的进步，人们对充电方式也提出了新的要求，无线充电，顾名思义，就是在不借助金属导线以及其他物理连接的条件下，以空气为介质实现电能传输，为设备进行充电。现阶段无线充电技术主要实现方式有三种，第一种是利用变化的电流通过线圈产生磁场实现电能传输的电磁感应式，第二种是利用电磁耦合共振效应的电磁共振式，第三种是将电力以微波的形式辐射到接收端的电磁波辐射式。目前，无线充电技术是国内外研究的热点问题之一，具有很好的发展前景。 1 发展历史与现状 1.1 国外发展历史与现状 无线充电技术（Wireless Charging Technology，WCT）并不是一项新兴的技术，早在1890年，克罗地亚的发明家、物理学家——尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）就提出一个大胆的构想：把地球作为导体，在地球与电离层之间建立起低频共振，利用环绕地球的表面电磁波来远距离传输电力，并且将这一设想付诸于实践。虽然这项研究最终因经费被撤、危险系数过高等原因终止，但却为人们打开了无线充电技术梦想的大门。在随后的几十年中，研究人员沿着特斯拉的脚步，对该技术有了非常多的探索，也取得了一些成就。 2007年6月，美国麻省理工学院研究团队利用电磁共振器和电源隔空点亮了一盏2 m开外的60 W电灯泡。日本昭和飞机工业公司在2009年At International 会展上展出了基于电磁感应原理无线传输电力的非接触式电源供应系统。2010年9月，日本富士通公司利用磁共振技术实现设备无线充电。2011年7月第一辆无线充电电动车在韩国首尔公园试运。2012年9月，诺基亚发布的两款智能手机：Lumia920和Lumia 820，可实现无线充电，引发公众热议。2013年芬兰首都机场，为乘客免费提供无线充电器。2013年3月，苹果公司的一项名为“保护外套综合感应充电技术”的发明专利申请书曝光。在各经济大国的研究团队与企业的共同努力下，无线充电技术有了质的飞跃，它已经从最初的概念设想发展到如今的生活实用地步。 1.2 国内发展历史与现状 我国在无线充电技术领域的起步滞后于国外，目前还处于研究的初级阶段。在国外市场旋风般的影响下，近十年来我国的无线充电技术取得了一些进展。

无线电能传输系统报告.doc

摘要 随着电子产品的快速发展，越来越多的电源连接线开始困扰人们的生活，为改善传统导线电路电能传输的弊端，给出了一种基于近距离无线电能传输原理的传输系统，而电磁谐振耦合无线电能传输技术正可以很好解决对距离有较高要求的这类问题。 本设计主要包括发射模块、传输模块和接收模块三大部分。首先由有源晶振产生1MHZ的方波，通过驱动IR2110及MOS管提高了交流信号，加强后的信号源经发送线圈通过磁耦合谐振感应到接收线圈，再经过半波整流和滤波后得到稳定直流电压,带动负载工作，即实现了无线电能的传输。在本实验中，我们采用单片机STC89C52控制液晶屏LC1602来显示负载短的的实时电压和电流值。 关键字：无线电能有源晶振驱动电路谐振半波整流 Abstract In this paper, With the rapid development of electronic products, more and more power cables on people's lives, to improve the disadvantages of traditional power transmission conductor circuit, presents a transmission system based on can close radio transmission principle, and the electromagnetic resonance coupling can radio transmission technology is very good to solve this kind of problem have higher request for the distance. This design mainly includes the transmitting module, transmission module and receiving module three parts. First 1 MHZ square wave generated by the active crystals, driven by IR2110 and MOS tube improve the signal communication, strengthen the signal source approved by the sending coil magnetic coupling resonant induction to the receiving coil, and after a half-wave rectifier and filter get steady dc voltage, drive the work load, which can realize the radio transmission. In this experiment, we adopt LC1602 STC89C52 MCU LCD screen to display the real-time voltage and current value of load short. Key words: radio can active vibration crystal driver circuit resonance half-wave rectifier

国外无线电力传输技术进展

86 上 海信息 化 无线电力传输（Wireless Power Transmission，WPT）也称无线能量传输或无线功率传输，主要通过电磁感应、电磁共振、射频、微波、激光等方式实现非接触式的电力传输。随着电力电子器件、功率变换和控制技术的发展，无线电力传输技术在转换率、低辐射等方面逐渐取得突破，无线电力传输在军事、通信、工业、医疗、运输、电力、航空航天、节能环保等领域呈现良好应用前景。 近年来，全球无线电力传输市场规模逐年递增，据IHS iSuppli数据显示，2010年无线充电设备市场收入达到1.2亿美元，到2015年将达到237亿美元。从2011 年开始，全球无线充电模块销量急剧增长，2019年将增长到9.23亿个（见表1）。手机、笔记本电脑等是无线电力传输的主要应用对象，厂商正将无线电力传输技术嵌入到包括智能手机、平板电脑、蓝牙耳机在内的终端。 十九世纪末，尼古拉?特斯拉发明了“特斯拉”线圈，使无线电力传输成为可能。近年来，无线电力传输技术发展迅猛，在军事、通信、工业等各大领域都拥有十分广阔的应用前景。对于消费者来说，无线充电的意义还不仅仅是带来充电方式的便捷化，随着无线充电技术从手机、平板等小功率设备向笔记本电脑、智能电视甚至电动汽车等大型设备的拓展，可以说，无线电力传输技术必将为人们的日常生活带来更多的惊喜。 文／陈 骞 美日两国处于领先地位 美国、日本等国众多企业或研究机构竞相研发无线电力传输技术，探索无线电力传输系统在不同领域的应用，致力于将其实用化，目前，已获得了一定的技术突破，相应产品也陆续面世。 美国电子信息企业对短距离电力传输技术给予极大投入。Power Cast 公司利用电磁波损失小的天线技术，借助二极管、非接触IC 卡和无线电子标签等，实现了效率较高的无线电力传输，将无线电波转化成直流电，并在约1 米范围内为不同电子装置的电池充电。Palm 公司将无线充电应用在手机上，推出充电设备“触摸石”，利用电磁感应原理为手机进行无线充电。Powermat 推出的充电板有桌面式和便携式等多种，主要由底座和无线接收器组成。Fulton 公司开发的eCoupled 无线充电技术，充电器能够自动地通过超高频电波寻找待充电电器，动态调整发射功率。Visteon 公司计划为摩托罗拉手机和苹果的iPod 生产eCoupled 无线充电器。Power 公司开发的电波接收型电能储存装置以美国匹兹堡大学研发的无源型 RFID 技术为基础，通过射频发射 装置传递电能。WildCharge 公司开发的无线充电系统，充 电板的外观像一个鼠标垫，能够放置在桌椅等任何平坦表 数据来源：IHS iSuppli 单位：百万个 表1 全球无线充电应用数量 Oversea View 他山之石

浅谈无线电能传输的发展趋势

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/049578812.html, 浅谈无线电能传输的发展趋势 作者：李晨晨 来源：《科教导刊·电子版》2013年第36期 摘要文章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分析。同时，也总结概括了无线电能传输对我国经济发展的优势以及发展前景。 关键词无线电能传输能量传输感应电能 中图分类号：TM472 文献标识码：A 1无线电能传输的概念及优势 无线电能传输（Wirelss Power Transmission——WPT）是指借助于一种特殊的设备将电源的电能转变为电磁场或电磁波等无线传播的能量，在接收端又将无线能量转变回电能进行传递的一种技术。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。 传统的直接接触式电能传输存在例如产生接触火花，影响供电的安全性和可靠性，甚至引起爆炸，造成重大事故等弊端。同时，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，并且错综复杂的电线既限制了设备移动的灵活性，又影响了环境的美观。一些充电器、电线、插座标准也并不完全统一，这样既造成了浪费，也形成了对环境的污染。无线电能传输技术有效克服了传统导体物理接触传输方式带来的磨损、火花、不灵活等一系列缺点和不足，目前得到了广泛关注和研究。 同时随着能源问题的突出，怎样能最好地利用现有的能源，已经越来越多地引起人们的重视和关注，无线电能传输技术作为新型的电能传输技术，是实现能源高效利用的重要途径之一。 2无线电能传输技术分类 到目前为止，根据电能传输原理，无线电能传输可以分为以下三类：（1）电磁感应式，通过一个线圈给另外一个线圈供电，虽然具有传输效率高的优点，但传输距离被限制在厘米级范围内，效率受位置偏差的影响较大，还存在当异物进入时会发热和高频波泄露等问题。这种非接触式充电技术在许多便携式终端里应用日益广泛。（2）谐振耦合式，发射和接收装置通过磁场或电场建立的传输通道相互耦合，在谐振频率下传输效率达到最大，适合用于中等距离的无线电能传输；谐振技术在电子领域应用广泛，但是，在供电技术中应用的不是电磁波或者

无线电力传输技术

无线电力传输技术 无线电力传输技术 人类追逐自由的本能，在现实面前屡屡受挫。自从广泛使用电能以来，许多人都为了那些电器拖着的长长电线而绞尽脑汁，但无线供电却一直只能作为一个在前方远远招手的梦想。现在，我们也许看到了一线曙光。 在2008年8月的英特尔开发者论坛（IDF，Intel Developer Forum）上，西雅图实验室的约书亚·史密斯（Joshua R. Smith）领导的研究小组向公众展示了一项新技术——基于“磁耦合共振”原理的无线供电，在展示中成功地点亮了一个一米开外的60瓦灯泡，而在电源和灯泡之间没有使用任何电线。他们声称，在这个系统中无线电力的传输效率达到了75%。 大刘在《三体II·黑暗森林》中描绘了一个两百年后的世界。因为人们掌握了可控核聚变技术，可以提供极大丰富的能源，无线供电的损失在可接受范围之内，所以大部分电器都可以采用无线方式来供电，从电热杯一直到个人飞行器都是如此。电像空气一样无处不在，人类再也不用受电线的拖累了。 正如书中所提到的那样，无线供电技术现在也已经出现了。实际上，近距离的无线供电技术早在一百多年前就已经出现，而我们现在生活中的很多小东西，都已经在使用无线供电。也许不远的未来，我们还会看到远距离和室内距离的无线供电产品，而不会看到电线杆和高压线，“插头”也将会变成一个历史名词。 好兆头 英特尔的这种无线供电技术，是基于麻省理工大学的一项研究成果而开发的。 2007年6月，麻省理工大学的物理学助理教授马林·索尔贾希克（Marin Soljacic）和他的研究团队公开做了一个演示。他们给一个直径60厘米的线圈通电，6英尺（约1.9米）之外连接在另一个线圈上的60瓦灯泡被点亮了。这种马林称之为“WiTricity”技术的原理是“磁耦合共振”，而他本人也因为这一发明获得了麦克阿瑟基金会2008年的天才奖。 新技术所消耗的电能只有传统电磁感应供电技术的百万分之一，不由让人们对室内距离的无线供电重新燃起了希望。而它的关键在于“共振”。 科学家们早就发现，共振是一种非常高效的传输能量方式。我们都听过诸如共振引起的铁桥坍塌、雪崩或者高音歌唱家震碎玻璃杯的故事。无论这些故事可信度如何，但它们的基本原理是正确的：两个振动频率相同的物体之间可以高效传输能量，而对不同振动频率的物体几乎没有影响。在马林的这种新技术中，将发送端和接收端的线圈调校成了一个磁共振系统，当发送端产生的振荡磁场频率和接收端的固有频率相同时，接收端就产生共振，从而实现了能量的传输。根据共振的特性，能量传输都是在这样一个共振系统内部进行，对这个共振系统之外的物体不会产生什么影响。这就像是几个厚度不同的玻璃杯不会因为同一频率的声音而同时炸碎一样。 最妙的就是这一点了。当发射端通电时，它并不会向外发射电磁波，而只是在周围形成一个非辐射的磁场。这个磁场用来和接收端联络，激发接收端的共振，从而以很小的消耗为代价来传输能量。在这项技术中，

无线电力传输技术的发展

无线电力传输技术的发展 人类追逐自由的本能，在现实面前屡屡受挫。自从广泛使用电能以来，许多人都为了那些电器拖着的长长电线而绞尽脑汁，但无线供电却一直只能作为一个在前方远远招手的梦想。现在，我们也许看到了一线曙光。 在2008年8月的英特尔开发者论坛（IDF，Intel Developer Forum）上，西雅图实验室的约书亚·史密斯（Joshua R. Smith）领导的研究小组向公众展示了一项新技术——基于“磁耦合共振”原理的无线供电，在展示中成功地点亮了一个一米开外的60瓦灯泡，而在电源和灯泡之间没有使用任何电线。他们声称，在这个系统中无线电力的传输效率达到了75%。 大刘在《三体II·黑暗森林》中描绘了一个两百年后的世界。因为人们掌握了可控核聚变技术，可以提供极大丰富的能源，无线供电的损失在可接受范围之内，所以大部分电器都可以采用无线方式来供电，从电热杯一直到个人飞行器都是如此。电像空气一样无处不在，人类再也不用受电线的拖累了。 正如书中所提到的那样，无线供电技术现在也已经出现了。实际上，近距离的无线供电技术早在一百多年前就已经出现，而我们现在生活中的很多小东西，都已经在使用无线供电。也许不远的未来，我们还会看到远距离和室内距离的无线供电产品，而不会看到电线杆和高压线，“插头”也将会变成一个历史名词。 好兆头 英特尔的这种无线供电技术，是基于麻省理工大学的一项研究成果而开发的。 2007年6月，麻省理工大学的物理学助理教授马林·索尔贾希克（Marin Soljacic）和他的研究团队公开做了一个演示。他们给一个直径60厘米的线圈通电，6英尺（约1.9米）之外连接在另一个线圈上的60瓦灯泡被点亮了。这种马林称之为“WiTricity”技术的原理是“磁耦合共振”，而他本人也因为这一发明获得了麦克阿瑟基金会2008年的天才奖。

浅谈优化电力通信传输网的基本措施

浅谈优化电力通信传输网的基本措施 发表时间：2017-01-19T17:38:43.967Z 来源：《电力设备》2016年第22期作者：祁钊贾忱灏 [导读] 随着经济的发展和电力线覆盖面积规模的不断扩大，电力通信网的结构也日趋完整和复杂。 （国网陕西省电力公司西咸新区供电公司陕西西咸新区 712000） 摘要：随着经济的发展和电力线覆盖面积规模的不断扩大，电力通信网的结构也日趋完整和复杂，从而使得电力通信网对新技术的要求也越来越高。当前，电力通信传输网系统应用仍存在较多的问题，如电力通信网中节点较多，系统安全性能有待提升；接入层网络结构繁杂，难以满足业务发展的需求；部分设备技术落后，且老化严重，已难以适应电力系统快速发展的需求等，影响着电力系统安全生产和稳定运行，亟需不断研究有效的技术措施加以完善和优化，才能确保电力通信传输网络系统的安全性、可靠性、稳定性以及流畅性。本文探讨了优化电力通信传输网的基本技术措施，以供参考借鉴。 关键词：电力通信传输网络问题基本措施 一、电力通信传输网中存在的问题 经过多年建设，我国电力通信传输网已具备一定的规模，在很大程可满足电力系统的通信需要，但随着近年来电网事业的快速发展，现有电力通信传输网在仍暴露出诸如问题亟待解决。具体体现在以下方面： 1.通信网络安全性和可靠性亟待提高 现代的电力通信网络虽然发展速度快，但现有的电力通信网络的可靠性较低，资源共享能力较差。若是电力网络通信中心系统及其站点出现故障问题，整个电力通信系统都可能趋于瘫痪。许多通信设备经过长期的运行，会进入设备的护理期、维修期，甚至老化期，如此需要护理、维修甚至是更换的不良情况将直接抑制电力通信传输网络的整体稳定发展。此外，随着现代网络技术的发展，网络安全问题日益暴露出来，由于计算机软件或网络系统本身的漏洞而导致计算机病毒的传播、木马病毒的植入，往往容易导致网络用户信息被非授权用户或一些居心不良的非法网络报务人员非法授权访问，造成网络信息数据的丢失以及用户隐私的泄露或财产损失。 2.通信网之间缺乏协调和有效衔接 目前，电力通信系统网络根据不同的特定业务（行政通信、调度通信、数据通信）而设计为数个独立的网络，所以其中的某一个网络往往不能完全适应于其他业务，从而造成各种业务相互联系困难，通信网之间缺乏协调和有效衔接，造成资源的浪费和维护管理的不便，通信信息资源缺乏有效优化整合。由于电力系统分步广泛，基层变电站和供电营业所遍及城市和乡村，这个问题显得尤其突出。 3.电力通信传输网络结构需要进一步优化 部分电力通信网络节点仍使用链状结构，并且部分接下环下挂在同一节点设备上的情况时有发生，给网络结构的安全性带来了威胁。同时，电力通信传输网络结构过于复杂，例如，未明确区接入环的环路区，出现跨汇聚环现象；光口资源利用率低且未采取有效措施保护部分环路节点的单板，一旦出现故障则不得不中断该节点业务，严重影响了网络效率。因此，必须从结构上对电力通信传输网络结构进行优化。 4.缺少完善的抵御极端天气的应急抗灾通信体系 在突如其来的大型自然灾害和公共突发事件面前，常规的通信传输手段往往无法满足其通信需求，应急通信正是为应对自然或人为紧急情况而提供的特殊通信机制，在公众通信网设施遭受破坏、性能降低、话务量突增的情况下，采用非常规的、多种通信手段组合的方式来恢复通信能力。然而当前，我国电力通信缺乏完善的抵御极端天气的应急抗灾通信体系，无法迅速跨越局部恶劣地理环境从而沟通连接，及时为各类紧急情况提供有效的通信保障。 二、优化电力通信传输网络的技术措施 1.软件无线电技术 软件无线电技术，又称为SDR技术，该技术具有以下优点：一是软件无线电技术中的A/D与D/A转换技术的技术进步为转换接近天线的高速信号提供了条件，同时也为无线转换元器件使用数量的减少提供了可能，也为制造数字元器件提供了方便；二是软件无线电技术可借助宽带无线通路提升内在机动性，并支持不同工作标准和频段；三是软件无线电技术可以借助软件的升级开发出更多的新服务；四是软件无线电技术依据不同用户的需求进行修改，可有针对性地提高用户体验满意度。 2.数字信号处理技术 数字信号处理技术，又称为DSP技术，是将模拟信息（如声音、视频和图片）转换为数字信息的技术，它是未来满足人们使用需求个性化和多样化的数据通信发展趋势和主流。如今无限数据通信已成为人们生活中不可或缺的沟通与交流手段，它的优越性能为用户提供了更可靠、准确、快捷及安全的数据交流服力，也由于其趣来越庞大的市场需求，数字信号处理技术近年来也获得跨越式的发展。数字信号处理技术如今已作为一种强大的微处理器，被广泛用于视频信号、语音信号以及数据信号的实时处理中。为确保通信在不同环境都可以顺利高效运行，并满足繁杂量大的编译码及了解压缩需求，则需要数字信号处理技术具备较高的信号处理速度。为相应这一需求，VLIW这种高级多重处理结构应运而生，能在不加快时钟速度的条件下完成较强的数字信号处理工作。 3.全光网络通信技术 全光网络通信技术是指信息流在通信网络中的交流和传输形式自始至终都以光的形式存在，不需要进行光电转换。在全光网络中，信息传输过程都在光域内完成，极大提高了传输速度和传输效率。但由于技术条件限制，如今完全实现全光域传输通信技术还存在一定的差距，未来通信技术的主流方式主要以光纤入户。光纤入户适用于各种不同宽带业务而不受传输形式和技术的限制，但建设成本较高，为解决这一问题，光纤和同轴电缆混合网模式应运而生，光纤和同轴电缆混合网模式又称为HCF模式，HCF模式可视线数据双向通信，为视线全光通信网络提供了有利条件。 4.智能天线技术 智能天线技术具有强大的技术优势，能满足由移动通信业务量快速增长而引发的更高频段复用量及系统容量需求。如今，窄带波束主