1.4　国内外无线电能传输技术研究进展

1.4国内和外国无线电传输技术的研究进度

近年来，无线电能源传输技术迅速发展，其优势是良好的安全性，高可靠性，低维护成本和强大的环境亲和力。国外越来越多的学者和公司已经开始关注并开发非接触式发电。技术。目前，诸如新西兰，德国，美国和日本之类的国家连续投入了大量的人力和物质资源，以在该领域进行基础研究和实践技术开发，并为某些特殊领域开发了相应的产品。

1.4.1无线电传输技术研究的现状

尽管无线电源技术已经诞生了100多年，但无线电力传输技术的研究吸引了各个国家的关注，但始于1990年代后期。外国研究由新西兰代表。奥克兰大学Pro.boys及其研究团队由该国领导的对技术进行了系统和深入的研究。日本，德国，美国和其他国家还投资了资金来组织科学研究人员在该领域开展科学。研究，开发用于无线电源的应用产品，并实现一系列技术成就和应用产品。自从西安石油大学的Li Hong教授于2001年首次介绍了中国的感应电力传播的想法以来，一些大学已经对这项技术进行了研究，一些公司，企业和个人也进行了研究。目前，技术成就和应用产品几乎没有。 ，但是发展和进步非常快。

无线电传输系统的研究和应用涵盖了广泛的领域。在传输功率方面，它可以像用于生物移植的数十个毫米，数十个小型设备的电源，用于电动汽车或运动机器人的千瓦时，甚至用于磁性悬浮的千瓦特电源火车。

比利时的G. vandevoode在2001年指出，高电压和高功率条件下的传输效率受到初级和次级线圈的耦合系数的极大影响，而在低电压和低功率条件的情况下，影响传播的因素效率是二级结构。主要是耦合系数是辅助系数。因此，对于不同的传输功率幅度，参数要求和结构样式非常不同。

对于低功率应用，结构设计对阻抗参数，尺寸，次级整流器电路以及主要和次级绕组的其他参数的要求相对较高。简而言之，次要部分足够小，几乎没有能源消耗，并且某些应用也需要在能量波中加载信号波。

对于高功率电源传输，无线电源系统是一种高级电力传输方法，可适应全天候，安全有效的电力传输，弥补了传统的适应性，安全性和自主充电的传统导电方法的缺点。电源开关设备和高性能磁性材料的诞生使其在开关速度，尺寸和效率转换器的效率方面显着提高。新的控制方法的出现和新的控制策略的改善进一步提高了转换器的效率。 。正是由于其许多独特的功能，无线电传输技术在许多方面都具有广泛的应用前景，例如运输行业，采矿勘探和制造。

随着技术的成熟度和应用的发展，无线电传输技术吸引了越来越多的研究人员，其理论和应用范围逐渐扩大，从而成为电力电子技术和应用程序中的新研究热点。新西兰在无线电传输领域具有明显的优势。美国和日本来自后面开元ky888棋牌官方版，反映了他们的敏感性，对新技术和国家技术实力的关注；在德国，南非，韩国，英国，加拿大和中国的研究也取得了某些结果。

美国，日本和其他国家的许多企业或研究机构都竞争开发无线电能源传输技术，探索无线电能源传输系统在不同领域的应用，并致力于使用它们。目前，已经获得了某些技术突破，并且相应的产品已逐个发布。 。美国电子信息公司对短途电力传输技术进行了巨大投资。 Powercast使用具有小电磁波损耗的天线技术，并使用二极管，非接触式IC卡和无线电子标签来实现有效的无线功率传输，将无线电波转换为直流电源，并在约1M范围内使用不同的电子设备。电池充电。 Palm已在手机上应用无线充电，并启动了充电设备“ Touch Stone”，以使用电磁感应原理将无线电能量传输到手机。 PowerMat有各种充电垫，例如台式机和便携式，主要由码头和无线接收器组成。 Fulton开发的Ecoupleless无线充电技术可以自动发现充电器通过超高频率无线电波充电并动态调节传输功率。 Visteon计划为摩托罗拉手机和苹果的iPod生产绿色的无线充电器。 Powercast开发的电力浪潮接收电源存储设备基于美国匹兹堡大学开发的无源RFID技术，并通过射频传输设备传输电能。野生充电开发了无线电传输系统。电板看起来像鼠标垫，可以放在任何平坦的表面上，例如桌子和椅子。它可以提供高达90W的功率，足以同时为大多数笔记本电脑和各种小型设备充电。

日本公司和研究机构还在无线电力传输技术领域投入了大量的研发工作。 2011年，日本宽带无线论坛的无线电传输工作组制定了与实现无线电传输技术早期实用的目的有关的无线电传输。确保用户可以安全地利用无线电功率传输的指南。在企业方面，日本的Murata制造公司采用了与TMMS Company共同开发的电场混合无线电力传输技术和无线电力传输系统，TMMS公司具有很高的效率和高位置自由度。 NTTDOCOMO等移动通信运营商正在积极采用无线电传输技术，Panasonic已与Nttdocomo携手开发无线充电器。星范飞机行业公司已根据电磁感应原理开发了一种非接触式电源系统，以无线传输电源。 Fujitsu使用磁铁在离充电器几米的距离内启用设备无线充电。松下已经推出了一张带有内置太阳能电池板的桌子，以进行动力移动设备。

在研究机构方面，由日本邮政和通信部研究所和科比大学工程系开发的5kW微波电量无线电传输系统可以准确地传输到飞艇。由东京大学工业，学术和研究中心开发的家用电器的无线塑料隔膜可以附加到桌子，地板和墙壁上，以供电小型电动机。

从研究领域，新西兰在电源理论和实际应用中取得了许多成就，领导了这项技术的发展方向。美国与新西兰相似，而日本则专注于实用的设计解决方案。德国在结构分析和优化领域进行了研究，加拿大发表了该技术，将该技术应用于电力机车。南非研究了系统优化和变压器设计，韩国涉及非接触式变压器的理论分析。中国在单独的变压器，系统电路和应用程序字段中都有各个方面。

从质量的角度来看，新西兰和美国有很高的研究，尤其是新西兰在非接触式电源理论领域中具有领先地位，并提出了各种有价值的原始电路拓扑，而美国附有附属对技术和应用的重要性；日本在该领域的实践在应用​​方面具有很大的优势，并且已经开发了各种实际的电源系统。中国很少有原始发明，大多数专利是公用事业模型，它专注于特定的应用。德国和荷兰分别在运输和电器领域。

无线电能源技术的国内研究迟到了，包括重庆大学，智格大学，西安北大学，中国科学院电气技术学院技术，郑州大学，匈牙利大学开yun体育官网入口登录app，北部大学，北京科学与技术大学，北京大学技术和业务在这一领域进行了研究。国内研究机构主要进行一些基础研究工作，尚未进行大规模研究。哈尔滨技术学院的朱·春博教授使用串联连接的直径50厘米的螺旋铜线圈来形成谐振器，以070万的距离达到23W的能量传输。当传输距离为55厘米时，将获得最大负载电压，其最大传输效率接近50％。重庆大学自动化学院的Sun Yue教授领导的研究团队克服了无线电能源传播的关键技术问题，并建立了一个完整的理论系统。开发的无线电传输设备可以输出600W至1000W的电力，其传输效率为70％。此外，它可以同时为多个电力设备提供电力。即使电力设备经常增加，也不会影响其电源的稳定性。由香港理工大学的Fu Weinong教授领导的研究团队对电感耦合无线电能传输技术和磁共振耦合无线电能传输技术进行了深入研究，并比较了两种无线传输方法。他们使用了平面薄膜谐振器。在实验中，当发射机和接收谐振器相距20厘米时，传输效率为46％，谐振频率为5.5MHz。来自南中国亚工业大学的张博教授领导的研究团队分析了谐振耦合无线传输系统的传输效率，距离，线圈大小等。具有不同线圈参数的设备进行比较实验。为了实现系统优化目标，频率跟踪系统旨在解决由谐振效率破裂引起的效率低下的传输效率问题。南京航空大学航空大学航空实验室还研究了电动汽车的几种无线电传输技术。中国科学院应用超导的主要实验室已经进行了超导无线电传输的持续研究，并指出了超导无线电传输技术的潜在应用前景。上海北港大学系统地解释了在无线电传输中应用表面材料涉及的一些理论和设计方法。浅表材料改善无线电传递性能的作用的机制是从不同的起点解释的，分别引入了浅表材料，磁偶极耦合模型和电磁坐标转换理论的负屈光作用。

总体而言，中国在无线电传输领域中取得了某些研究结果，但是仍然存在一些问题，例如，很少有专注于能源并进行持续研究的单位，通常更面向应用程序的结果以及电路拓扑讨论的问题和传输效率。深度研究更少，进行的稳定和有效的实践原型较少。

1.4.2国内外理论研究的进展

无线电传输技术的理论研究主要集中在两个领域：电能转换和补偿，松散耦合的变压器和结构设计。前者的重要研究结果包括：建立一个松散耦合感应电力传输系统的负载模型；研究和解决转换电路高频应用的控制策略和频率稳定性问题；谐振转换器和最小功率因数分析的频率分析；应用包括次级谐振电路的初始和数学模型研究频率的分叉现象与最大能量传递之间的关系；检查了由零相角控制的松散耦合感应系统的稳定性标准，并提出了任意载荷的稳定操作和能量传递。一般边界条件；使用线性轴向线圈变压器的水下能量转换和分配系统的设计方法；将无线电传输技术和超级电容器技术连接到UPS和能源供应等。

2012年，来自意大利佩鲁吉亚大学的学者设计了一个能量传输系统，该系统具有不同的频率通道，并同时传递了能量和信息。 2013年，Olutola Jonaah等人在混凝土结构中使用了强大的耦合技术，达到10厘米的距离，湿度范围为0.2。 ％～38.5％，效率范围为2％～38.5％； 2014年，Davidsrickett和其他人设计了一个三层结构，具有高质量的因素，可与阻抗频率和高精度相匹配，并通过无线电能量的最低功率传输实验。证明了这种线圈结构的优势，其传输性能在原始基础上提高了约30％。 2011年，2019年，华盛顿大学，匹兹堡大学医学中心和英特尔宣布，基于磁性耦合的共振无线电传输技术，开发了适合植入的人造心脏的电源系统，配备了接收盘子的人造心脏是放在充满水的地方。在容器中，实现了无线电力。 2012年，日本太空管理和东京大学共同开发了一种微波传输天线阵列，以在低轨道小型卫星空间中进行太阳微波传输的未来实验，总功率高达1.6kW。

2016年，来自俄罗斯圣彼得堡大学的研究人员启动了一种新的无线电传输系统，该系统可以在20厘米内维持80％的电力传输效率，并且在此期间，随着距离的增加，传输效率的衰减很小。研究结果发表在最新一期的应用物理Express，可用于全面需要无线充电的领域。研究人员通过两种方法降低了电力传输的功率损失，从而提高了WPT系统的效率。首先，传统的铜环被“高介电常数和低损耗介电谐振器”所取代。其次，与常用的磁偶极模式不同，研究人员采用了磁性四极模式，减少了辐射损失。

对无线电传输系统主电路频率稳定性的国内研究进行了研究，以确保系统的最大功率传输，使用广义状态空间来建立系统的数学模型，并求解磁场传输线圈并在传统的非接触电能设备中接收线圈。中国科学院电气和电气工程研究所分析并研究了系统补偿拓扑，操作频率和负载参数对系统性能的影响，建立了耦合结构的相互电感模型，并获得了形状和大小的影响关于耦合变化特性的初级和次要线圈； Tsinghua大学机器人技术和应用实验室已经对高效电能传递进行了研究，大气隙，不对称结构的共振电路拓扑和控制机制。此外，还研究了控制非接触式电源与DSP结合的控制以及电路系统的设计和优化。

香港城市大学的Xu Shuyuan教授也在电磁诱导无线电传输技术研究的早期。他主要研究了基于此变压器的PCB（印刷电路板）空心变压器和平板无接触式充电平台，这是手机和其他手机的小功率。消费电子产品的方便和安全充电提供了一个很好的解决方案；重庆大学的Sun Yue教授的研究团队使用相互感应耦合模型来分析4磁共振模式电力传输系统该拓扑提供系统的参数边界条件。机制;来自东南大学的黄木安格教授的研究团队提出了一个磁盘，以给定的工作频率和传输距离优化和类型谐振器的设计方法，研究了传输效率与输出功率与线圈距离，工作频率和负载电阻之间的关系；哈尔滨技术学院的朱·康博（Zhu Chunbo）教授分析了在谐振频率和当前放大理论机制和单管E功率放大器的负载阻抗特征以及影响负载网络的因素的负载阻抗特征的工作特性； Zhang Bo教授的研究团队在中国技术大学的研究团队分析了电磁耦合谐振能量传输系统的能源传输效率与距离和线圈参数之间的关系，并在此基础上增加了频率，跟踪系统用于解决因传输过程中频率引起的频率引起的低传输效率问题； Tsinghua大学的Zhao Zhengming教授分析了磁性谐振无线电能源传输技术的基本结构和工作原理，并传输了无线电能量。比较了系统中两个线圈和四个线圈的基本结构，并且结论是，当传输效率相同时，在源线圈和载荷线圈的四个线圈结构更容易匹配在初级和次要方面；香港理工大学Fu Weinong教授的研究团队与武汉大学的Wang Junhua教授合作，开发了一个平面螺旋共振线圈，除了传输谐振线圈和接收共振的线圈外，该螺旋线均匀。同时，共振频率为5.5MHz，传输效率为46％。四川大学于2013年9月建立了千瓦级和公里级的无线能源传输测试设备。本书的作者还从事无线电能源传输的研究，2013年，2013年，这是中国第一个相关的学术专着，“无线电源技术”。

2001年5月，法国国家科学研究中心的Pignullet在国际无线电力传输技术会议上使用微波无线传输功率来点亮40m范围的200W灯泡。随后，2003年在岛上建造的10kW实验微波传输设备已开始为Grambasan村提供点对点无线电源，频率为2.45GHz。

在技​​术标准方面，世界上第一个促进无线电力传输技术“无线电力联盟（WPC）”的标准化组织是在2008年底建立的。这是该行业第一个促进无线充电标准化的组织技术，涵盖电池和消耗电子产品，芯片，设备制造，基础设施和无线充电技术。目前开元ky888棋牌官网版，有超过100个联盟，包括便利力，杜拉凯尔，霍西登，富尔顿创新，莱格特和普拉特，国家半导体，诺基亚，奥林匹亚，奥林匹斯，飞利浦，三星电子，萨约汽车，萨约汽车和德克萨斯州仪器基础架构和无线充电技术和其他领域。