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1、1无线传能综述2摘 要传统的电能传输方式大多通过导线或插座将电能传输到终端产品，这种传输方式会带来摩擦，易产生电火花等问题，从而影响电气设备的安全可靠性。而无线电力传输作为一项新兴的电力传输技术，使我们摆脱传统的电能传输方式，近年来受到了国际范围的广泛关注。文章讲述了无线电能传输技术在国内外的研究现状，详细叙述了现有理论框架下的四种无线电能传输技术，并比较了四种技术的特点和应用领域。最后，阐述了新型无线电能传应用前景及面对问题。关键词：电磁感应；电磁共振；射频技术；微波3ABSTRACTTraditional way of power transmission mostly through a
2、 wire or socket to transmit electricity to end products, this way of transmission will lead to friction, easy to produce the problem such as spark, which affects the safety and reliability of the electrical equipment. The wireless power transmission as a new power transmission technology, make us ge
3、t rid of the traditional way of power transmission, in recent years has received the widespread attention of the international scope. The article tells the story of radio transmission technology research status at home and abroad, is described in detail the existing theory under the framework of fou
4、r types of wireless transmission technology, and compares the four technical characteristics and application fields. Finally, this paper expounds the new radio can pass application prospect and problems.Key words: Electromagnetic induction. Magnetic resonance; Radio frequency technology; microwave4目
5、 录1 绪论 .11.1 概述 .11.2 无线电发展历程 .11.3 各国研究现状 .22 无线电力传输及其分类 .42.1 电磁感应 .42.2 电磁谐振 .72.3 射频 .102.4 微波 .113 广泛的应用领域 .153.1 交通运输领域 .153.2 医疗器械领域 .163.3 便携通信领域 .163.4 航空航天领域 .163.5 水下探测领域 .174 无线电力传输面临的问题及发展 .17参考文献 .1811绪论1.1 概述如今越来越多的电子产品为人们的工作生活带来了极大的便捷，但传统的电力传输方式大多是通过导线或插座将电力传输到终端产品，由于存在摩擦、老化等问题，电能传输过
6、程中很容易产生火花，进而影响到用电设备的寿命和用电安全。另外，传统的有线电力传输方式不能满足一些特殊应用场合的需要，如矿井和水中等。此外，植入体内的医疗设备的长期供电也存在很大的不便。人们希望能摆脱传统电力传输方式的束缚，解除纷乱电源线带来的困扰。这些问题都在呼唤一种脱离金属导线的电能传输方式，即无线电能传输（wireless power transfer，WPT )，又 称 为 无 接 触 式 电 能 传 输 （contactless power transfer，CPT)，指的是电能从电源到负载的一种没有经过电气直接接触的能量传输方式。实现无线电能传输将使人类应用电能更加宽广、更加灵活。1
7、.2 无线电发展历程无线电力传输研究始于19世纪末。1890年，尼古拉特斯拉（NikolaTesla）做了无线输电试验，他构想的无线输电方法，是把地球作为内导体、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大约8Hz的低频共振，再利用环绕地球的表面电磁波来传输能量。但因财力不足，特斯拉的无线输电构想并没有得到实现。1967年,美国空军同雷神公司合作进行了世界上首次电力微波传输试验，成功地通过微波向模拟直升机提供电力。1968年，美国工程师彼得格拉泽(Peter Glaser) 提出空间太阳能发电(Space Solar Power ，SSP) 概念，其构想是
8、在地球外层空间建立太阳能发电基地，通过微波将电能传回地球，并通过整流天线把微波转换成电能。1979年，美国航空航天局NASA和美国能源部联合提出太阳能计划建立“SPS太阳能卫星基准系统”。1994年，科学家利用微波成功地将5kW的电力送达42m 处。1995年，美国航空暨太空总署(NASA) 建立了一个集研究、技术与投资于一体的250MW太阳能动力系统(SPS)。2001年5月，法国国家科学研究中心的皮格努莱特(G.Pignolet) 利用微波进行长距离无线输电试验。一部发电机发出的电能首先通过磁控管被转变为电磁微波，再由微波发射器将微波束送出40m外的接收器将微波束接收后由变流机转换为电流，
9、然后将200W 的电灯泡点亮。2003年，欧盟在非洲的留尼汪岛建造了一个10万kW的实验型微波输电装置，实现了以2.45GHz 频率向接近1km 的格朗巴桑村(Grand-Basin) 进行点对点无线供电。2007年3月，美国宾夕法尼亚州Power cast 公司开发无线充电技术，可为各种耗2电量相对较低的电子产品充电或供电，诸如手机、MP3、随身听、温度传感器、助听器、汽车零部件，甚至体内植入式医疗装置等。2007年6月，麻省理工学院助理教授马林索尔贾希克(Marin Soljacic ) 带领的研究团队利用无线输电技术试制出的无线供电装置成功点亮相隔7英尺(约2.1m) 远的60W电灯泡。
10、2007年，微软亚洲研究院设计和实现了一种通用型无线供电桌面，随意将笔记本电脑、手机等移动设备放置在桌面上，即可自动开始充电或供电。2008年9月，英特尔在美国内华达州的雷电实验室成功地将800W电力用无线的方式传输到5米外。2008年11月英特尔利用“无线能源共振链接（WREL）”技术，通过无线方法将电力传输到工作台上的60W台灯并点亮。2008年12月，无线充电联盟(Wireless Power Consortium ) 成立，无线充电联盟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。2008年年底，美国微软亚洲研究院研发出无线
11、充电板装置uPad样机。2009年1月，摩托罗拉公司在CES2009 大会上展示了Fulton 公司为其智能手机推出的无线充电器。2010年4月，麻省理工学研究人员实验发现，当为更多的设备充电时，无线电力传输系统的效率更高。实验使用较小的接收线圈，使这项技术更易于应用于家庭、办公室、便携式设备等，英特尔和索尼利用这项研究成果推出自己的无线电力计划。1.3 各国研究现状无线电力传输对于新能源的开发和利用、解决未来能源短缺问题有着重要的意义，为了摆脱地球环境和能源危机，人们计划建立太空太阳能发电站作为获取新能源的途径，而无线电力传输技术发挥着非常关键的作用。因此，许多国家都热衷于无线电力传输的研究
12、和开发并获得了一定的技术突破和相应的实用产品。手机的非接触充电技术同样获得发展，许多大公司都看好这一产品的发展前景，苹果、摩托罗拉、LG 、NTTDoCoMo 等消费电子公司都在发展自己的无线充电产品，苹果计划在iPod和iPhone 产品中嵌入无线充电技术。美国宇航局尝试从地球通过激光束给飞行器供电，初步取得了一些成果，不过离实用非常遥远。美国计划2025年在太空建造100座太阳能电站，满足美国30%的电力需求。日本大力研究无线电力传输技术，计划在2015年前后将其投入居民生活中。日本20世纪80年代展开太空太阳能相关研究，目标是在2020年建造试验型太空太阳能发电站SPS2000，2030年前向太空发射一颗对地静止卫星，为地球上50万户家庭提供10亿瓦电能，2050年进入规模运行。对于太空电站产生的电能，法国计划在同步轨道上安置一面直径为1公里的镜子，将呈微波状态的电能反射传输到需要它的地方。美国MIT 、Power cast 等公司的数米距离电力传输技术受到了关注。美国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。Powercast公
