无线电能有效传输距离及其影响因素分析

郭宏伟 郭健伟



无线电能有效传输距离及其影响因素分析

郭宏伟 郭健伟

民航吉林空管分局，吉林 长春 130039

无线电能传输系统在当前社会之中被人们使用得越来越广，但是其有效的传输距离一直是制约其进一步发展的重要问题。因此，主要对无线电能系统的有效传输距离进行了分析，并具体分析了其影响的因素，希望能够通过这提高人们在使用之中的效率。

无线电能；有效；传输距离；影响因素

无线电能在使用的过程中，存在很多外部环境的影响，而这些外部的影响因素都会对无线电能的有效传输距离造成一定程度上的影响。只有清晰每个影响因素，并加以控制，才能更好地提升无线电能的有效传输距离。

1 关于无线电能的概述

随着人们对电能使用的不断深入，人们觉得在当前的直接式电能在使用的时候存在电路的限制，存在一定的安全隐患，希望能够研究出没有电路限制的无线电能。因此，许多科学家对此展开了深入的研究，但是所取得效果一直不是太明显。直到2007年的时候，Marin Soljacic课题研究小组通过长时间的不懈努力，在不使用电线传输的情况下，使得相距2m距离之内的灯泡得以点亮，这是无线电能研究所取得的重大成果。在经过对无线电能的深入研究，发现能够实现无线电能传输的方式通常有以下三种方式[1]：第一种，利用电磁感应耦合式使无线电能进行传输。此项技术经过全面的研究和发展，已经在实际中加以利用。第二种，微波无线能量传输技术。第三种，磁耦合谐振方式。通过将这三种方式的无线电能传输进行比较，到目前为止第二种微波无线能量传输技术的传输距离是最大的，但是这种方式也有着很大的局限性。其接受传输的设备方向必须面向传输的方向，无线电能在传输的过程之中，损耗较大且会对人体产生较大的损伤，因此其使用也受到很大的限制，只有在特殊的场合之下才能够使用。而第一种和第三种之间有着互相没有的优点和缺点，在对他们进行深入研究之后发现他们具有着互通互补的地方。因此，形成一种新的无线电能研究方向——电磁耦合谐振方式。这也是本文研究分析的主要传输方式。

图1   

2 无线电能有效传输距离

使用电磁耦合谐振方式进行无线电能的传输，可以表示为图1的形式。如图1所示的励磁线圈和发射线圈，它们形成一个整体，组成电磁发射系统。励磁线圈和发射线圈之间使用直接耦合的方式来进行电能的有效传输[2]。

图1的接收线圈和负载线圈则组成电磁接收系统，他们也同样采用的是直接耦合的方式，对前面电磁发射系统中发射出的电能进行接收工作。而在发射线圈和接收线圈之间存在着一段距离。在这段距离之内则采用的是空间磁场的谐振耦合实现电能的相互传递工作。图1的Rs表示的是激励源内阻，RL表示的是负载电阻，L1表示的是励磁线圈，L2表示的是发射线圈，L3表示的是接收线圈，L4表示的则是负载线圈。其中，C1、C2、C3、C4则表示的是L1、L2、L3、L4的等效电容。RP表示的是各线圈由于一些原因产生的损耗电阻，Rrad表示的是各线圈的辐射电阻。由此，经过一系列的推导过程，可以得出无线电能有效传输距离的相关公式：

3 无线电能有效传输距离的影响因素

通过对无线电能有效距离传输的具体分析，并使用当前最常用的螺旋线圈作为研究的着眼点，可以得到与无线电能有效传输距离有关的计算公式：

4 结语

无线电能在目前日常生活之中的使用还不是十分常见，多用于一些特殊的场合之中，其研究和发展仍旧具有非常大的空间。相信在不久的将来，无线电能一定能够得到跨越式发展，成为新时代下的重要技术产品。

[1]赵争鸣，张艺明，陈凯楠.磁耦合谐振式无线电能传输技术新进展[J].中国电机工程学报，2013（3）：1-13.

[2]李阳，杨庆新，闫卓，张超，陈海燕，张献.无线电能有效传输距离及其影响因素分析[J].电工技术学报，2013（1）：106-112.

[3]李阳，杨庆新，闫卓，张超，陈海燕，张献.磁耦合谐振式无线电能传输方向性分析与验证[J].电工技术学报，2014（2）：197-203.

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1009-6434（2016）02-0001-01