无线电力传输技术样本
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，我们可
能看到了一线曙光。
在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一一基于”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。她们声称，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，能够提供极大丰富的能源，无线供电的损失在可接受范围之内，因此大部分电器都能够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。可能不远的未来，
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。
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) 和她的研究团队公开做了一个演示。她们给一个直径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”，而她本人也因为这一创造获得了麦克阿瑟基金会的天才奖。
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能够高效传输能量，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，磁场的强度将不过和地球磁场强度相似，人们不用担心这种技术会对自己的身体和其它设备产生不良影响。
在马林演示她的成果的时候，这项技术能够达到40%左右的效率。这在某些场合是能够接受的，可是人们还想更进一步。刚才我们提到的英特尔公司研究员们已经把传输效率提升到了75%,而马林小
组最近声称，她们做到了90%这意味着，一年之间提高到原来的两倍以上！
虽然成效惊人，但改进空间也依然很大。下一步，有望在提高传输效率的同时缩小发射端和接收端的体积，最终实现用电设备内置
接收端的目标。
想象一下，这会对生活带来什么样的影响？我们能够完全从需要
的角度出发来摆放家用电器，不用再考虑附近是否有插座；我们在装修房间的时候不用再考虑如何布设电线，笔记本电脑和手机
这样的小件电子设备永远显示电池充满，清扫机器人在房间里跑
来跑去，不用过一会就去找地方充电... 这一天可能很快就会来
到。市场上已经有了一些采用这种技术的原型产品，广泛使用也只
是时间问题罢了。
第二基地
尼古拉?特斯拉(Nikola Tesla)的梦想一一使用电磁波来远距离供电——可能很快就会变成现实。早在1890年，这位现代交流电系
统的奠基者就开始构想无线供电方法，最后提出了一个非常宏大
的方案——把地球作为内导体、距离地面约60千米的电离层作为
外导体，在地球与电离层之间建立起大约8Hz的低频共振，再利用
环绕地球的表面电磁波来远距离传输电力。她想像广播一样，将电
能传遍全球。为此，在J. P.摩根的资助下，她在纽约长岛建立了57米高的瓦登克里夫塔(Wardenclyfe Tower) 来实现这一构想，但最终被迫放弃。虽然我们现在能够从理论上证明特斯拉的方案的确可行，可是出于世界上各个国家的区隔，这种”天下大同”在短时间内恐怕不会成为现实。
不过另一种远程无线供电方案可能会更容易实现一点。
加拿大科学家正计划制造一架无人飞机，飞行高度33千米，能够在空中
连续飞行几个月。这可能是世界上第一架能够真正投入使用的远程供电飞机，本身不携带燃料，而是从地面的微波站中获取能量。
微波是指那些频率在300MHz到300KMHZ之间的电磁波，它的波长在1米到1毫米之间。因为电磁波的频率越高，能量就越集中，方向性也越强，因此人们认为，使用微波来无线传递能量可能是最好的选择。更何况，微波能够经过硅整流二极管天线转换成电能，转化效率能够高达95%以上一一这样高的转化率已经能够让人满意了。
在这架无人机起飞之后，地面的高功率发射机经过天线将发射机
所产生的微波能量汇聚成能量集中的窄波束，然后将其射向高空
飞行的微波飞机。微波飞机经过微波接收天线接收能量，转换成直流电，再由直流电动机带动飞机的螺旋桨旋转。因为无需携带燃料
和发动机，这种飞机的有效载荷将会大大提升。
其实早在1968年，美国航天工程师彼得?格拉泽(Peter Glaser)
就已经更进一步，提出了空间太阳能发电(SSP, Space Solar Power)的概念。她设想在大气层外经过卫星收集太阳能发电，然后经过微波将能量无线传输回地面，而且重新转化成电能供人使用。
这一设想，不是在仅数十千米的距离上用微波传递能量，而是要
把能量在三万多千米之外，从太空精确地射向地面接收站。
想象一个地球同步卫星。它停留在赤道上空36, 000千米的高度，
太阳能电池阵列始终对太阳定向，微波发射天线则瞄准地面的接收天线。这儿，不存在在地面接收太阳能所必然面临的照射时间、气候、重
力等问题，每年有277天能够全天接受日照，而被地球遮挡时，最长停电时间也不过75分钟。它每年有99%以上的时间把源源不断的太阳光能转化为电能，效率将比地面上同样规模的太阳能电站高出十倍左右。1977~1980年，美国宇航局和能源部共同出资，对空间太阳能发电的问题进行了概念研究，得出结论：这种方式不存在不可克服的技术困难。可是后来这个计划一度被锁进保险柜，原因在于耗资惊人。当前把物品送上太空还是很花钱的，要在太空中组装一颗收集
太阳能来发电的卫星，成本令人难以接受。
不过，随着地球上不可再生资源的逐渐消耗，这个计划又被摆上了桌面。现在有几个能源消耗大国和能源匮乏的国家正在论证这种方案的可行性，而且开始了小规模实验，来验证在大气内进行微波能量传递以及从太空向地面发射微波束的实际效果，而当前比
较乐观的估计是，?2020年太阳能发电卫星就能够进入实用阶段了。
亲爱的，你需要电？
感谢迈克尔?法拉第(Michael Faraday), 这个英国人在1831年
发现的电磁感应，带领我们进入了电气时代。到了今天，谁不需要电？法拉第的发现，也促进了近距离无线供电技术的发展。最早的工业
化近距离无线供电技术早在1885年就已经被实际应用了：随便拆开一个家用变压器，我们就会看到变压器里会有两组导线缠在一个铁芯框架上，但它们彼此并没有直接相连。
不但如此。公共交通卡、一些学校的饭卡，还有二代身份证，这
些也都需要电。在这些卡证中都有一块小小芯片，里面最少存储着一个唯一的编号。这一小块芯片就像是我们的一条内存或者一块硬盘，没有电的时候，它和一粒沙子没什么区别。即使储存了很多信息，也没有办法传递出来。
这种卡证的供电原理与变压器的原理类似。读卡机周围会形成一个
快速变化的磁场，芯片进入这个磁场时，周围的线圈内就会产生
感应电压，激活芯片，而且把自己的编号经过线圈发射出去被读卡机接收。读卡机会根据编号的不同而做出不同的反应，例如告诉
你现在饭卡账户里还剩多少钱。
经过电磁感应来进行无线供电是非常成熟的技术，但会受到很多
限制。最主要的问题是，低频磁场会随着距离的增加而快速衰减。如果要增加供电距离，只能加大磁场的强度。然而，磁场强度太大一方面会增加电能的消耗，另一方面可能会导致附近使用磁信号来记录信息的设备失效。我们都不想自己的硬盘里面的数据被强磁场一笔勾销吧。
因此这种方式往往会应用在一些防水要求比较高的小家电上，例
如某些电动牙刷和电动刮胡刀等。人们也在尝试用电磁感应为手机这样的小型设备充电。从开始，市场上就已经有了一些无线充电器，但使用起来并不能算是很方便，充其量也只是减少了我们把手机插上变压器的
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
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
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
无线电能传输技术
所谓无线电能传输，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，譬如矿井和石油开釆中，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。在此旨在阐述当前的技术进展，分析无线输电原理。 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8 Hz的低频共振，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。 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，乂称为八木一宇田天 线。20世纪60年代初期雷声公司(Raytheon)的布iM(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。在实验中设计了一种效率高、结构简单的半波电偶极子半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8 W,获得了90.6%的微波一一直流电整流效率。后来改用印刷薄膜，在频率2.45 GHz时效率达到了85%o 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5 ail'划。喷气发动机实验室和Lewis科研中心曾将30 kW的微波无线输送1.6 km,微波一一直流的转换效率达83%。1991
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。
无线电力传输系统
郑州大学毕业设计（论文）题目无线电力传输系统 院系电气工程学院 专业电气工程及其自动化 班级四班 学生姓名苏淑珍 学号20100240423 指导教师职称 2012年 4 月16 日
目前世界广泛采用的电力传输系统是靠金属等媒介等，例如铜，铝等，铺设管道极其麻烦，出现问题后解决费时间，而且价格昂贵由于电阻的存在消耗大量电能，利用无线电力传输系统，通过产生特定频率的震动以电磁波的形式发射，节约了铜铝等非可再生资源，而且节省了大量的能源，如果能大范围的实施，人们便可以利用廉价能源，很方面的解决生活问题。 本实验中用到了电磁场的传播问题，以及电磁的接受，利用共振产生巨大的电磁波，经大气离子层反射，传播能量。 其实所有的物质都是能源，物质和能源是一体的，只是如何利用的问题，例如风能核能太阳能水电站潮汐地热，地球本事就是一个巨大的能量场，我们应该积极开发新的能源，避免特定能能源的枯竭，从而保持地球能量场及磁场的平衡。 关键字：电磁场，磁共振，特斯拉线圈
摘要 1.绪论 1.1实现无线电力传输的目的和意义 1.2电力传输的发展和现状 1.3无线电力传输的内容，过程 1.4本文的主要工作 2.特斯拉线圈 2.1特斯拉线圈的物理结构 2.2特斯拉线圈共振的产生 2.3特斯拉线圈产生电能原理 2.4特斯拉线圈电磁波的发射 2.5本章小结 3.电磁波的传播和反射 3.1电磁波在大气的传播 3.2电磁波的稳定性 3.3大气离子层反射电磁波 3.4本章小结 4.电磁波的接受及控制 4.1电磁波的接受 4.2电磁波的控制 4.3电磁波转化为电能
5结论 参考文献
无线电力传输技术复习课程
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一一基于磁耦合共振”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岀现了。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，磁场的强度将不过和地球磁场强度相似，人们不用担心这种技术会对自己的身体和其他设备产生不良影响。
无线专网在电力系统的应用
无线专网在电力系统的应用 发表时间：2019-03-12T16:11:31.663Z 来源：《电力设备》2018年第27期作者：薛攀峰常和玲[导读] 摘要：在电力系统不断地改革和提高，为保障电力业务应用需求情况下电力无线专网通信性能，需针对无线专网网络覆盖性能进行规划并优化以满足电力业务需求。 （国网河北省电力有限公司石家庄市藁城区供电分公司河北石家庄 052160） 摘要：在电力系统不断地改革和提高，为保障电力业务应用需求情况下电力无线专网通信性能，需针对无线专网网络覆盖性能进行规划并优化以满足电力业务需求。 关键词：无线专网；电力系统；应用 经过多年的发展建设，我国在电缆通信方面的建设已经初具规模，在运用光缆、微波、卫星等通信工具的基础上建立了一个立体交叉的通信系统。随着通信技术的不断发展，无线通信技术的水平越来越高，然而由于传输途径的不稳定和无线通信网络本身具有的可移动性，使得无线通信网络在实际运行中存在着许多问题。所以，我们有必要根据实际发展状况，针对无线专网建设中存在的问题，制定一系列的解决方案，并提出相应的无线网络建设途径。 1无线系统对智能电网需求的适用 配网自动化。配网自动化通过对配电开关、环网柜的自动化监控，实现配电网络重构，提高配电网的可靠性，是智能配电网的主要业务之一。负荷管理。通过对专变客户用电情况进行监控，实现有序用电管理及用电信息自动采集的功能。用电信息采集。通过对公变、低压工商户、低压居民户用电信息的采集，实现线损考核、预付费业务管理。智能电网客户服务。将通信网络延伸到客户家庭，可实现客户用电信息、电力交易信息发布及客户用电智能管理等智能电网客户服务功能。应急抢修、检修及移动资产可视化管理。通过宽带移动通信网络，实现应急抢修、检修的可视化监控，结合GPS技术，可实现移动资产的定位管理。电力安全监控。电力线传输系统中的变电站、传输线、塔架等多位于野外，通过安全监视和自动报警装置，及时发现设备被盗或故障情况，保障电力系统的正常运行。 2常用的电力无线专网关键技术 2.1WI-FI技术 WiFi技术又被称作WLAN技术，是现阶段发展中电力企业中使用到最多的无线网络通信技术之一，是无线通信技术与计算机网络技术有效结合的产物，WiFi技术的出现真正实现了宽带网络随时、随地的连接。WiFi网络技术有着非常快的传输速度，网络覆盖范围非常广泛，可以达到90m左右，能够对整个楼层实现覆盖，能够充分满足电力企业对互联网宽带的办公需求。在部分电力企业的变电站中，甚至已经开始使用通过无线网络控制的机器人在进行电力运行的监察工作。在现阶段的发展中，WiFi技术主要采用的是公共频段的技术手段，在实际信号传输的过程中很容易受到干扰，因此WiFi无线网络技术难以成为主流的无线网络技术，需要我们继续对电力无线专网关键技术进行研究。 2.2WiMax技术 WiMax技术在我国发展的时间比较晚，属于一种新型的无线通信网络技术，其信号有着非常广泛的传输范围，最大能够达到50km的传输里程，能够在极大程度上满足信号的传输需求，而在传输的过程中需要较少的传输基站就能够达到最大距离的传输效果。除此之外，WiMax技术还有着非常快的网络传输速度，它的出现替代了传统有线连接方式和DSL连接方式。正是因为WiMax技术有着非常广泛的传输距离，使得这一技术在使用中受到了广泛的欢迎，有着较为广泛的应用前景。但是由于这种无线通信网络传输技术的发展时间非常短，存在着利用率低、频率复用率小的问题，所以想要对这种技术进行大范围的推广，还需要时间来对该技术的实用性进行考察。 3电力无线专网的建设路径 3.1树立安全意识 电力无线专网是电力系统的关键组成部分，对社会的稳定和国家经济的发展起到关键的作用。加快电力无线专网的建设对提高电网可靠性、优化电网的管理手段而言有着非常重要的作用，除此之外对促进能源系统互联网的构建有着一定的实践意义。在电力无线通信网络专网建设过程中，网络安全问题非常重要，在这个过程中一定要给电力网络工作人员树立一个良好的安全意识，要将施工过程中的安全工作做到位，要能够采取有效的管理手段来维护电力无线专网的安全，以此来促进电力企业的持续、稳定、健康的发展。 3.2制定标准，明确发展方向 在企业的发展中，必须要有一个明确的发展标准，要能够有一个明确的发展方向。经过过年的发展和研究，电力无线专网建设已经逐渐明确了发展方向，所以这也是标准制定的最佳时期。现阶段正是电力无线专网建设发展的高峰期，所以要加快标准制定的步伐，使得企业能够有一个明确的发展方向，朝着制定的方向快速发展，这样就能够紧跟时代发展的步伐，不会与社会发展脱节。时代在发展，人们对电力的需求量在增加，电力无线专网建设就是为了使电力企业能够满足社会对电力的需求，能够提高电力生产效率和质量。 3.3建立科学的电力无线通信信息化系统 电力无线通信信息化系统是在电力综合管理平台上所搭建的一种网络监视系统、资源管理系统以及运维管理系统，能够在一定程度上实现各个子系统之间数据的相互转换，这些子系统所具有的实际功能如下：①网络监控系统。该系统能够在实际运行的过程中对各个厂家的网管系统设备进行统一的监控管理，能够对通信网络之中的故障以及存在的风险进行详细的确定；②资源管理系统。该系统是对通信光缆、设备、电路等资源进行综合的管理，同时还要按照资源命名的相关规范来进行统一的命名，为之后规范化、标准化、集约化的管理夯实基础，能够在一定程度上实现对数据以及现场资源的科学、合理的管理；③运维管理系统。该系统的主要作用就是对电力通信工作流程进行信息化的管理，对电网运行过程中出现的一些异常的数据进行更加深入的分析和探测。通过信息化系统的建设能够对无线专网的安全问题带来一定的保障，在信息化系统的平台上能够对无线通信网络的运行情况进行实时监控，一旦有任何问题出现都能够进行及时的上报处理。 结语 无线专网技术的发展呈现着一种信息化、综合化、宽带化的发展趋势，这种趋势推进了移动通信网络的进一步变革。在网络普及的情况之下，无线网络技术渗入到了电力企业的发展中，而电力无线专网技术是保证电力通信长远健康发展的关键环节。所以我们要在这样的基础上，加快推进电力无线通信专属网络建设的步伐，以此来促进无线专网技术的有效应用。