無線電能傳輸技術的關鍵基礎與技術瓶頸問題

姜鵬 國家新聞出版廣電總局哈爾濱監測臺

1 無線電能傳輸技術的關鍵基礎問題

1．1 發送與接收原理

當前，無線電能傳輸的三個主要形式包括電磁感應式、磁耦合諧振式以及電磁波輻射式，而這三者又存有利弊。第一，電磁感應式擁有極高的傳輸效率且節約材料的使用，但傳輸的距離僅限制在厘米之內，加上易受到傳輸位置影響，產生發熱現象。第二，磁耦合諧振式的優勢在于極高的傳輸效率與產生的輻射較小，但其造價成本過高，易受外界干擾而失諧。而電磁波輻射式盡管具有傳輸距離遠的優點，但由于其受到障礙物影響較大與傳輸效率太低。因此在今后的研究中，需要改進和組合無線電能傳輸的方式優勢，注重發送與接收原理的研究，以此解決傳輸的距離與效率這類關鍵基礎問題。

1．2 電源頻率、傳輸距離與功率定量關系間的問題

無線電能傳輸的重點和研究對象一直是其電源頻率、傳輸距離與功率定量這三者間的關系。根據目前最新的研究結論，感應耦合式的傳輸效率與傳輸距離成反比，而磁諧振耦合式在傳輸距離到達一定程度時，功率與傳輸距離會成正比，此時傳輸功率會因改變電源頻率而提升。但到目前為止，還未出現這三者之間的關系論文。在應用過程中，保持一個變量不變，去研究其余兩個變量之間的關系，是電氣研究工作者首要解決的問題。

1．3 先進傳導材料在無線傳輸中的約束機制

實現距離遠、效率高、功率大的無線傳輸是電氣領域研究的主要目標，而借助先進傳導材料去解決傳輸距離與功率大小是另一種手段。當前，為了盡可能減少歐姆的消耗，提升轉換性能，采用超導材料完成電能耦合天線，實際測量先進材料對無線電能傳輸的影響，表明超導材料能明顯提升傳輸的性能。在實際的研究過程中，工作人員為擴大傳輸范圍，利用超導材料完成高效發射器與聚焦磁場，來進一步探究超導材料對傳輸效率的影響。盡管多數原因的限制，超導材料的發掘與合成進程緩慢，但隨著材料科學的進步，相信今后的先進材料能更好的促進無線電能傳輸的效率。

2 無線電能傳輸技術的瓶頸問題

2．1 系統技術的集成效果問題

無線電能傳輸技術的效率、距離、性能以及運行都與系統技術的集成效果有關，主要存在四方面的技術問題：第一，系統該如何提高電能傳輸的效率，系統的消耗主要源于器件的損耗，因此在選擇組件的過程中選取器件、設計等環節顯得尤為重要。第二，通信交互與頻率跟蹤的問題，電能傳輸的關鍵在于發射器與接收器之間的諧振狀態同步，因此在無線傳電的過程中需要在負載端與控制端獲取準確地裝置信息以及運行狀態，以此判斷系統所處的工作模式，獲取最佳的傳輸效果。同時為了提高控制的效率，增加頻率的跟蹤功能也十分必要。第三，系統外物對于系統工作的干擾分析。由于無線電能傳輸需要有一定的間距，期間必定會有相應的電磁障礙物，需要實時分析改電磁障礙物所產生的磁場對于系統的諧振點偏移影響，以此提升運行穩定性。最后，高可靠大功率的無線電源該如何設計也成為技術的難點，隨著距離的增長，電容與功率也要相應的擴大，而傳輸規模直接決定著電源設計的難度與體積，因此在無形之中增大了無線傳輸距離的局限性。

2．2 電磁兼容與頻段占用問題

電磁兼容的內容為各部分電氣設備在同時空內工作，周圍會產生相應強度的電磁場，且此電磁場會以輻射、傳導等方式把能量耦合到另外的設備上，使得其他設備處于停滯狀態，同時此類設備也可能受到其他設備所產生的磁場干擾，導致處于停滯狀況。而無線電能傳輸系統在運行時周圍會形成高頻的電磁場，以此保障發射器與接收器之間電能與數據的傳遞與交換工作。基于此點，該系統所使用的設備必須達到電磁場的兼容標準，不受到其他設備所產生的電磁場干擾，又能完整的處理其余設備或物體進入該磁場內部所產生的能量波動與信號產生，實現系統的穩定運行。與此同時，無線充電與現行工作的頻段相異，在各個運行階段保持無線頻段的不同，能有效穩定傳輸的效率。

2．3 無線電能傳輸產品標準化問題

建立完整的產品標準化規定能有效地促進企業生產效益與經濟收益，能有效保證產品的質量安全。無線電能傳輸技術在航天航空、電氣工程及自動化、網技術通信工程、建筑材料工程以及城市軌道交通工程的等多方面都有涉及，隨著技術的不斷發展，會逐步深入我們生活中的方方面面。而現如今，國內現有的無線電能傳輸產品的標準規定較為落后，已經無法滿足技術發展的需求，急需制定新的標準化規定，以此規范市場所生產的產品，防止不良舞弊的生產出現。

3 結束語

綜上所述，無線電能傳輸技術具有較大的市場價值與發展潛力，但是關鍵基礎問題與技術瓶頸問題仍嚴重阻礙了其廣泛投入應用的關鍵因素，本文就現實實際而言，對于目前已有的關鍵基礎與技術進行全面剖析，從全局角度分析其問題所在的原因，認為在今后的無線電能傳輸研究過程中應注重對其原理的探究，加大對其技術投入的力度，真正意義上做到遠距離、高傳輸、無阻礙這三大特點，進一步去促進無線電能傳輸技術水平的進步。