重庆大学科研人员发表电场耦合无线电能传输技术的研究综述

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近年来，电场耦合无线电传输（EC-WPT）技术已经迅速发展，并且已提高了传输功率和传输距离。重庆大学和无线电能源传输技术国际联合研究中心国际联合研究中心Qing Xiaodong and Su Yugang的研究人员在《电力技术杂志》第17期中写道，并总结了相关文档中EC-WPT技术的概念在国内外，它简要介绍了EC-WPT系统的基本工作原理，并讨论了EC-WPT技术在系统建模，电场耦合机制，高频电源转换器，谐振网络，控制方法，电气电气的指导值，电气和信号并行传输值。理论研究结果分析了EC-WPT技术在消费电子，植入医疗设备，工业制造，电动汽车和水下设备领域的应用传输能量和电场耦合机制。模型，磁场耦合和电场耦合混合WPT系统以及安全问题的五个方面已经解释并讨论了EC-WPT技术的研究方向。

无线电源传输（WPT）技术是指电理论，电气技术和控制理论的全面应用。使用磁场，电场，微波炉等技术。该技术可以有效地解决设备灵活性和由传统有线电拾取方法造成的安全危害的问题。正是由于无线电传输技术的创新和应用潜力，该技术被评为“十大新兴技术”之一，在2012年和2013年连续两年和2013年连续两年对世界经济论坛进行了评级。连续几年。

目前，无线电传输系统可以分为磁耦合无线电传输（MC-WPT），电场耦合无线电能传输（EC-WPT）和激光无线无线传输（EC-WPT）电气传输（光电传输（OPT），微波电力传输（MPT），超声波无线电传输（UPT）系统。

其中，磁耦合无线电传输技术的发展相对成熟，是最广泛使用的。由于电场在许多特征上与磁场相似，而且两者在理论上是相似的，因此两者在理论上具有吸引力。由于传输介质也越来越吸引了来自国内外学者的学者们的高度关注，因此电场耦合无线电传输技术与电场。

目前，奥克兰大学，新西兰大学，威斯康星大学，威斯康星大学，威斯康星大学，圣地亚哥州立大学，康奈尔大学，康奈尔大学，艾伯塔大学，加拿大艾伯塔大学，日本外兰大学Yuga宫殿，韩国Daqiu大学，以及英国学者的兄弟大学，以及达利安技术大学的研究团队，西南北北大学，昆明技术大学，南中国科技大学，中国矿业大学和重庆大学，以及重庆大学关于各种研究的研究EC-WPT技术领域。

图1 EC-WPT系统的典型结构

在国内外相关的文档中，电场耦合无线电传输技术也称为电容电源传输（CPT），电容式无线电传输（CWPT）和电场耦合电气传输（ - 场耦合电源传输（ECPT），电力动力传输（CCPT）技术。

EC-WPT系统使用高频电场来传输电能，具有以下特征：耦合机制简单，轻巧，薄，易于改变，成本较低；系统的总体电磁干扰（EMI）很低；金属导体之间或周围的金属导体引起的涡流损失非常小。因此，研究EC-WPT技术可以通过MC-WPT技术相互补充，并进一步扩大WPT技术的应用领域。

近年来发展后，EC-WPT技术在传输功率，传输效率和传输距离方面提高了数量级。 ）当前（约300毫米），中等功率（> 1000W）和中等效率（约90％）系统的系统可以在传输距离和传输功率方面满足许多WPT应用程序的需求。

重庆大学的研究人员在相关文献中介绍了EC-WPT技术的概念，解释了EC-WPT系统的基本工作原理，并讨论了系统建模，耦合机制，高频电源转换器以及EC-WPT的共鸣网络技术。 ，控制方法和电信号，例如并行传输，例如并行传输，以及该技术在消费电子，植入的医疗设备，工业制造，电动汽车和水下设备中的应用。

科学研究人员专注于单电容器无线电能量传输，跨金属能量传输，电容耦合机制损耗模型，磁场耦合和电场耦合混合WPT系统以及安全问题的五个方面，并讨论EC-WPT的研究方向将来的技术。本质

1单电容无线电传输

在当前的EC-WPT系统研究中，耦合机制需要两对金属极地板以形成完整的电路，从传输端传输电能到接收端，并且两对耦合极板通常会导致以下造成问题：

①随着耦合距离的增加，多个耦合极板的交叉耦合将更加显着，这将影响电能的传播开yun体育官网入口登录app，同时增加系统的复杂性。交叉金属疾病； ③平行耦合机制占据了较大的空间和复杂的分层耦合机制。

近年来，国内外的研究人员在EC-WPT系统实验中意外发现，他们在使用一对金属极地板时仍可以传输电能。简化的电路如图2所示。应注意的是，单电容器EC-WPT系统的电气传输端通常是固定的。在某些情况下，电能端可以连接地球以提高系统的传输功率和效率。单电容器EC-WPT系统的电气传输端子和接收端仅使用一个金属杆板作为电极，这可以解决由两对耦合杆板引起的问题。因此，系统更有可能跨金属能量。

图2单个电容器无线电传输系统简化了电路拓扑

与传统的EC-WPT系统相比，单个耦合无线电传输系统没有以拓扑形式完整的电路，因此适用于传统EC-WPT系统的分析方法不能直接应用于构造单电容耦合WPT系统的。摩尔和分析。目前，少数参考资料已经对单个电力无线电传输系统进行了研究，但是该理论与实验完全一致的结果尚未获得。解释单个电容器耦合WPT系统的传输机制是所有研究工作的主要先决条件。有必要对其电气传输机制进行深入分析。

单个耦合无线电能量传输是EC-WPT技术的重要分支。它有利于单个耦合WPT技术的应用和开发的应用和开发，这将有助于扩展和促进电场耦合无线电能传输的理论和技术的发展。

2交叉金属通过

众所周知，电场的无线电传输技术可以实现金属能的传输。但是，关于EC-WPT的研究在这方面几乎没有研究结果。金属疾病如图3A所示。当金属障碍物在一对耦合杆板之间时，金属疾病几乎不会影响系统的传输性能。因此，EC-WPT系统可以实现跨域金属能。

但是，当出现以下情况时：①金属障碍物穿过平行耦合机构的两对耦合极板，如图3B所示； ②金属疾病大于耦合极板的尺寸，地面大小大于层状耦合机构，如图3D所示；在系统中传输极板和接收极板的电场分布的分布可能会受到金属疾病的影响或阻塞。无法发电。

图3在耦合机构中间的不同形式的金属疾病

EC-WPT系统周围只有少量研究跨越了金属能。一些学者提出了一种结合电场耦合和磁场耦合以实现跨金属障碍物的方法，并使用电场耦合在金属障碍物中产生高频AC功率，以便通过磁场耦合透射电能。此外，金属疾病和EC-WPT系统之间还有一个耦合电容器，当无法忽略这些电容器时，它将影响系统传输性能。

总而言之，在电场耦合机制中，金属障碍物在耦合机制中的电场密度分布的密度分布已确定，EC-WPT系统可以越过金属障碍物之间的边界。这对于EC-WPT系统的理论研究和应用非常重要。在可以跨金属能量的边界中，研究了金属障碍物对系统传输性能的几何参数（空间位置，大小）的影响，从而引导耦合机制以优化设计和系统控制。

3容量耦合机制损失模型

经过最近的开发，EC-WPT系统可以达到传输效率的90％，这基本上满足了某些WPT应用程序的需求。但是，与MC-WPT系统相比，EC-WPT系统的传输效率仍然有待提高。对于MC-WPT和EC-WPT系统，可以将损耗分为电力电子设备损失，耦合损耗和共振组件。其中包括完美的分析方法和解决方案。

但是，EC-WPT系统的耦合机制与MC-WPT系统不同。现有的耦合机制损耗分析只是两个电容器模型的等效串联电阻。该方法忽略了仅适用于仅紧密耦合耦合机制的平行耦合机制的交叉耦合电容。它不适用于平行和分层耦合机制松动耦合。此外，大多数分层耦合机构的文献都避免了理论分析中耦合机制的损失分析，并且仅从实验的角度从实验损失。

总之，当前的EC-WPT系统缺乏对电场耦合机制损耗模型的研究。因此，耦合机理特征参数的特征（电磁速率，电导率，频率等），几何参数（大小，距离等）具有当前密度分布和行李机制损失对行李的影响极板，然后建立耦合机制的损耗模型。为了指导EC-WPT系统耦合机制的设计，为系统效率优化提供了基础。

4磁场耦合和电场耦合混合动力WPT系统

MC-WPT和EC-WPT技术是相对成熟的无线电传输技术的两类。他们有自己的优势，可以在很大程度上具有互补的优势。近年来，国内外的学者提出了磁场耦合和电场耦合混合WPT系统，该系统可以充分利用MC-WPT系统和EC-WPT系统的优势，以便从接收端的功率传输端。可以在研究中关注的研究方向。

从当前的研究结果来看开元ky888棋牌官方版，磁场耦合和电场耦合混合WPT系统主要用于实现目标：①为了提高功率传输功率，一些学者提出了混合磁场耦合和电场耦合系统，WPT系统，可以实现可以实现较高系统的更高系统的传输功率，其实验设备如图4A所示； ②电能和信号传输并行传输，一些学者已经建立了一个混合WPT系统开元棋官方正版下载，并使用线圈的寄生电容器来构建信号传输电路。系统拓扑如图4b所示。此外，一些学者将电场耦合和磁场耦合结合在一起，以实现金属疾病的传播。

图4磁场耦合和电场耦合混合动力WPT系统

但是，作为一个新兴的研究方向，混合WPT系统存在一些需要研究和解决的问题，包括：不仅限于以下问题：

（1）耦合机构的优化设计，与电场耦合机构同时存在磁场耦合机构，从而增加了耦合机制所占据的空间，从而使系统更加笨重。因此，优化的设计融合混合耦合机制使耦合机制占用的空间并不明显，并且可以有效地使用电场耦合机制来屏蔽磁场辐射。

（2）在传输通道的并行和分离控制中，混合WPT系统具有两个能量通道：电场能量和磁场能通道，它们可以具有多种能量传输模式。研究传输通道的平行和分离控制，以满足不同的应用需求。

5个安全问题

安全问题一直是WPT技术中的重要问题。它已成为WPT技术工业化发展的主要限制。微波无线电传输和激光无线电传输技术在传输通道上具有极大的安全风险，并且暂时仅适用于特殊领域。磁耦合无线电传输技术主要存在电磁场辐射和涡流损失等问题。因此，有必要采用其他电磁屏蔽和外国身体测试，以确保系统的安全。因为电场耦合无线电传输技术将金属杆板用作电极，因此高频电场用作变速箱介质。因此，EC-WPT技术在安全方面具有特殊性。

随着EC-WPT技术的开发，其传输功率和传输距离大大提高，高功率系统的耦合电极的电压可以达到数千伏甚至数万伏特的电压，因此有一个隐藏的伏特安全危害。系统的耦合电极可以用其他绝缘和包装处理以防止电击。但是，耦合机构的电场将在周围的金属体上产生分布式电压，并且在接触金属体时，人体可能会有电击风险。一些学者已经建立了基于人类阻抗模型的EC-WPT系统耦合机制围绕EC-WPT系统耦合机制的等效模型，并从安全角度有效地指导了EC-WPT系统的设计。等效模型如图5a所示。

图5 EC-WPT系统安全问题研究

为了应用EC-WPT系统，电场辐射必须仅限于安全范围，以免造成人类损害。一些学者使用外部和金属板来阻止电场，电场的分布如图5B所示。但是，额外的屏蔽板使耦合机构的体积更大。此外，附加的极板将影响耦合电容，并使系统耦合机构的设计更加复杂。一些学者将层的低压杆板放在外部 - 内部的高压杆板上，并在内部使用高压杆板，以便有效地使用低压杆板来减少电场辐射，但是低压杆板也相对于高压杆板。可以在一定程度上减少电场辐射。

安全是无线电传输技术到成熟应用的主要先决条件。研究和解决EC-WPT系统的电场辐射，电击风险和异物问题是EC-WPT技术开发的关键步骤。

上述研究结果发表在2021年17日的《电工技术杂志》第17期中。 。

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