非接触式电能传输综述

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Overview of Contactless Power TransmissionZHAO Ying，REN Kai-chun，ZHANG Qian，LIU Xiaoun，wU Zhao-ming(Chongqing Institute of Communications，Chongqing 40003 5，China)Abstract：Contactless power transmission makes use ofelectromagnetic induction coupling technology，power electronic technology and modern control technology to realize the separationbetween the power side and the load side in power transmission.It overcame the shortcomingof traditional power transmission mode and realized the power transmission safely andreliably in some special environments such as flammable，explosive and underwater ones。

This article simply introduces the principle and method of contactless power transmission，and summarizes the characteristics of three different transmission modes includingelectromagnetic induction，magnetic resonance and radial types.And its application prospectis also analyzed。

KeywOrd：COntactless；Power transmission；Electromagnetic induction；M agnetic resonance接触式电能传输通过插头、插座等 电连接 输应运而生，成为当前电能传输领域的-大研究器实现电能传输，在电能传输领域得到了广泛使 热点。

用 。但由于这-传统电能传输方法所固有的缺陷，且随着用 电设备对供电品质、安全性、可靠性等要求的不断提高，已经使得众多应用诚无法接受接触式电能传输方式，迫切需要新颖的电能传输方法。为了解决传统接触式电能传输不能被众多应用诚所接受的问题，非接触式电能传1 非接触式电能传输的原理非接触式电能传输是利用-种特殊设备将电源的电能转变为可无线传播的能量，在接受端又将此能量转变回电能，从而达到对用电设备的无线供电。由于这项技术相当新颖而且各厂商都有 自己对技术的表述，所以无线充电、感应式电力、无接! 生 旦网 总第1 44期l点充电都是泛指相同的技术。非接触式电能传输工作原理如图1所示。

现在已经问世的无线供电技术，根据其电能传输原理，大致可以分为三类，如图2所示。

第-类是非接触式充电技术所采用的电磁感应原理 ，这种非接触式充电技术在许多便携式终端应用 日益广泛。无线充电在实验阶段开发出很多方法，但目前广泛应用的是线圈感应式。这种类型中，将两个线圈放置于邻近位置上，当电流在-个线圈中流动时，所产生的磁通量成为媒介，导致另- 个线圈中也产生电动势。非接触式感应电能传输系统的典型结构如图3所示。

第二类是利用电磁场的共振方法。其基本原理是电磁感应 ，电磁场随距离而迅速衰减，谐振耦合电能无线传输则利用两个发生谐振耦合的电路来捕捉随距离衰减的电磁场，即当发射回路和接收回路发生谐振时，使大部分能量由发射回路传递到直流 电电 源 发管 射理 电交 模 路流 块电接受 充转 电换 电电 路路图1 工作原理图回图2 无线供 电技术分类图电潮八 磊 ，p电源 原边补偿M图5 典型结构图接收回路。利用控制电路设定共振频率，能够减少送电端与受电端之间的电阻，能够将电传输到远处。由于这种技术较新，所以说法并不统- ，但都有-个很重要的特性 ，就是接收线圈上都会配置电容来构成-个具有频率特性的接收天线，在特定的频率下可以得到较大的功率移转。这部份就跟早期的电磁感应不同，当距离拉开后依然可以得到良好的电力传送效果。共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电流，而只是利用电瞅者磁常2006年1 1月，美国麻省理工学院(MIT)物理系助理教授MarinSoljacic的研究小组全球首次宣布了将电瞅者磁场应用于供电技术的可能性。

第三类是最接近实际应用的-种技术，它直接应用了电磁波能量通过天线发送和接收的原理。

这和100年前的收音机原理基本相同：直接在整流电路中将电波的交流波形变换成直流后加以利用，但不使用放大电路等。同以前相比，这种技术的效率得到提高，并正在推动厂商将其投入实际应用。

2 非接触式电能传输的特点基于电磁感应原理的电能传输技术相对比较成熟，频率较低，传输距离相对很小，传输效率较高。电磁感应式电路传输的基本特征就是原副边电路分离。原边电路与副边电路之间有-段空隙，通过磁愁合感应联系。所以，对于电磁感应式电路的传输，较大气隙存在，使得原副边无电接触，弥补了传统接触式电能的固有缺陷；较大气隙的存在使得系统构成的耦合关系属于松耦合，使得漏磁与激磁相当，甚至比激磁高。

对于电磁共振来说，系统采用两个相同频率的谐振物体产生很强的相互耦合，能量在两物体间交互，利用线圈及放置两端的平板电容器，共同组成共振电路，实现能量的无线传输。该技术虽然需要送电端与受电端紧贴，但在水平方向错位的状态下也可供电，而且不会发生像现在已应用的电磁感应式的非接触充电技术那样，当异物侵人时会产生过热以及电磁波、高频波的泄漏等问题 ；而且，共振方式不使用铁氧体及励磁线圈，可降低设备的重量及成本；此外 ，只需扩大接触面积即可为大功率 电器供 电；另外，利用磁场通过近场传输，辐射小，具有方向性；中等距离传输，传输效率较高，能量传输不受空间障碍物(非磁性)的影响；传输效果与频率及天线尺寸关系密切。磁共振方式在60cm的传输距离内能够确保90%的效率。而电磁感应方式在数厘米左右的距离内传输效率低于90%，图4清晰地表现了这-点。因此磁共振方式的效率更高。送电方式和传输效率，电磁感应在数厘米传输效率降低，而磁共振传输效率的减少平缓。远场辐射则采取微波或激光等来传递能量，频率最高，传输距离最远，但效率较低。由于传输效率和距离不可兼得的矛盾 ，电磁感应无线传输方法的应用范围还不是很广泛，而且在安全方面也存在效率低导致发热量大的问题 。

图4 磁共振与磁感应传输距离与效率对比图3 非接触式电能传输的应用领域无线输电的特点决定了它的应用领域。首先是方便，由于没有了各种插头和插座，从而在根本上避免了接触不 良、插拔困难等现象。其次就是安全了，在有线的电力传输中，由于各种连接线的接触会产生电火花，从而引发火灾或者爆炸 ，而无线电力传输则完全避免了这-点。还有就是由于没有了裸露在外的电线接头，避免了触电的发生。

在野外工作时，由于电力传输线路存在机械接触，因此多多少少会存在发生线路故障的隐患。而无线电力传输由于没有这些线路的存在，不仅电力传输更为可靠 ，而