pg下载通道 科研简报：电场耦合式无线电能传输技术的应用进展
近年来，科技在发展，社会在进步，无线电能传输正慢慢走进人们生活，它已连续两年被世界经济论坛列为十大新兴技术之一，这十大新兴技术对世界影响最大，最有可能为全球面临的挑战给出答案，无线电能传输具有很强的潜力 。
按照传输原理来讲，无线电能传输能够被划分成，近场的那种电场耦合式无线电能传输，也就是ECPT，还有磁场耦合式无线电能传输，即MCPT，以及远场的电磁辐射式无线电能传输，也就是ERPT 。
电场耦合式无线电能传输，是一种借助金属极板间耦合电容达成能量无线传输的技术，凭着其优良的传能特性，不产生涡流，成本低，损耗低等优点，得到了广泛的关注，成为当下无线电能传输研究的一个热点，电场耦合式无线电能传输技术，除了在安全性与中远距离充电领域稍有不足之外，在其他方面比磁场耦合式无线电能传输具备明显优势。
1 常见应用领域
和磁场耦合式无线电能传输相似，电场耦合式无线电能传输也能够应用于诸多领域，像铁路，还有电动汽车静态充电，以及无人机，另外还有工程电机等 。
在铁路领域方面，有学者进行类比，针对磁场耦合式无线电能传输系统里的四线圈结构pg下载麻将胡了安卓专属特惠.安卓应用版本.中国，提出了一种结构，这种结构是用于电场耦合式无线电能传输的中继耦合结构，在原有的磁场耦合式无线电能传输系统里增加两个中继结构，这两个中继结构分别和发射端线圈、接收端线圈磁场耦合，并且两个中继结构之间采用电场耦合的方式，之所以如此，是因为铁轨以及地面能够作为中继线圈的电流返回路径，所以中继耦合结构仅需一对金属极板，如此一来能有效增加耦合电容，进而提高系统的功率以及效率。
某些学者察觉到铁轨的侧面具备等同于冷凝器的作用，所以凭借铁轨去构架返回路径时，其传能效果要比依据轮胎来构建的效果更为出色。
在电动汽车静态充电这个范畴当中，有学者借助汽车四个车轮的金属轮圈当作接收极板，使得耦合面积得以增大，而且传输功率达到了60W。与此同时，该学者表明，还能够凭借提高极板的电压来加大极板间的电场强度，借此来提升传输功率。
有学者对汽车底盘寄生电容的复杂网络予以利用，使其转变为阻抗匹配网络，功率传输密度得到极大提升，传输功率接近600W。2015年之后，美国圣地亚哥州立大学接连提出多种用于电动汽车充电的拓扑，效率都超出90%，还正式把电场耦合式无线电能传输的功率等级提升至kW级别。有学者把汽车底盘以及地面当作等效的极板一对，和另外一对额外的金属极板一起构建耦合机构，达成了传能3.3kW 的情况，安全距离是0.25m，然而极板电压到达了24720V，应该进一步去思考安全屏蔽的问题。
在无人机这个领域当中，有学者运用了此番方式，补偿网络被置于发射端，升压变压器也被置于发射端，同样的，逆变器也被置于发射端，使得接收端的电路仅仅是由半导体元件等小型器件构成的，如此一来，负载端的体积得以降低，负载端的质量也得以降低，在确保完全不会对无人机工作产生影响的情形下，传递了大概10W的功率，达成了和磁场耦合式无线电能传输系统一样的功率传输效果，然而效率仅仅只有70%，仍旧有待提升。
在工程电机方面范围里pg下载，美国威斯康辛大学于2012年至2015年期间，设计了像多层极板耦合机构、流体动力轴承耦合机构、滑动轴承耦合机构等好些种类具新型特点的耦合机构，然而都因为技术方面出现的问题，没能将其付诸实践去应用；该团队随后在2017年又提出，要把电场耦合式无线电能传输运用到线性运动机构那里，以此来替换以往使用导线连接的办法，通过对导轨滑块的结构进行改造，让它形成好多对耦合电容，并且把逆变器连接到导轨之上，在滑块那一侧连接整流电路，最终成功搭建了3.66MHz、111.9W的电场耦合式无线电能传输系统。
2 特殊应用领域
在除常见应用领域以外的时候，电场耦合式无线电能传输系统，于一部分特殊的应用领域之中，相较于磁场耦合式无线电能传输系统，具备显著的优势，像是水下无线充电的领域啊，动态无线充电的领域呀，还有医疗设备及旋转类设备的无线充电的领域等 。
在水被用作传输介质的情况下，耦合机构会一并产生导电方面的损耗以及介电方面的损耗，所以水介质跟空气介质具备不一样的特性。
有学者经研究显示，在采用海水当作耦合介质之际，极间距不会对耦合机构的等效电容值产生影响，这是和以空气作为耦合介质的显著不同之处。有学者针对水下电场耦合式无线电能传输系统的耦合机构予以改造，一对金属极板直接让其暴露于海水中，另一对金属极板在其表面附着绝缘材料之后再放置于水下。该学者表明直接暴露于海水中的金属极板，鉴于海水具有导电性，能够看成是一个电阻，所以该系统能够被认为是双极板电场耦合式无线电能传输系统，并且无需严格的位置要求。该学者另外发现，系统传输的效率，跟海水当中的离子浓度存在关联，不过呢，并没有给出具体的与之相关的具体关系情况。
有学者经研究显示，当频率处于200MHz以下之际，淡水的导电损耗在整体损耗里占据主导地位，而频率要是高于200MHz，介电损耗则占主导。有学者基于此展开发现，水下电场耦合式无线电能传输系统的传能效率主要由耦合机构的耦合系数k和空载水介质的品质因数Q的乘积所决定，所以该文献给出了一种能够提高系统kQ的设计方法，进而提升了系统效率。有学者提拿出了一种带有缓冲阻尼设施的新型耦合机构的构思设计做法，在传输距离为20mm的情況下，输出功率为1kW，其效率能够达到90% 。
于动态无线充电应用里，磁场耦合式无线电能传输系统，要在很长的一段距离全程铺设高频利兹线圈来激发磁场，损耗高，成本也高。电场耦合式无线电能传输系统，仅需使用廉价的金属极板，它损耗低，成本低。
一位学者提出来了一个F型补偿拓扑，它能够有效地去抑制因接收端移除而引发的逆变器开关管电压电流冲击，此拓扑还能确保发射端处在空载状况下时可以自动地进入到待机状态。另一位学者提出来了一种混合耦合机构，这种机构是利用耦合电容当作虚拟开关的“接收控制”型的，当接收端移开之时，此种机构达成了发射端不会产生空载损耗以及漏磁辐射，该系统的最大输出功率是120W，其最高效率达到了81.42% 。有学者借助双极板结构电场耦合式无线电能传输系统来给电动摩托车充电pg下载赏金下载，在长达3m的铝箔之上达成了200W的功率输出，然而其效率不高，仍有待进一步予以改进。
电场耦合式无线电能传输的那种金属极板的尺寸，最小能够做到μm级别的程度，跟线圈作比较会晓得，它更便利去嵌入人体之中，并且呢它不会有这样一系列情况，在医疗设备的金属表面产生涡流的现象，还避免了对于生物组织造成热伤害这种状况，它的电磁干扰是小的，对于其他医疗设备正常工作也不会造成干扰，所以呀电场耦合式无线电能传输系统在植入式医疗设备领域极具应用价值。
有学者以首创之态把极板嵌入人体内，达成了对嵌入式医疗设备的充电。有学者凭借创新性思维提出将皮肤当作耦合介质，以此增大传能效率。最终实现了为面积1mm2、厚度5cm的植入设备进行无线充电，充电功率约是0.5mW，充电效率为0.39 %。虽说功率与效率都很低，然而证明了这种方式具备可行性 。
有学者，通过在生物体内外放入耦合极板进而形成耦合电容，将其用于为36 cm2大小、厚度2cm之植入设备充电，此充电时传输功率显示为100mW，效率处于40% 左右；与此同时该学者还发现，鉴于人体组织电阻率较低且对电场存在较强的衰减和屏蔽效果，故而效率相较于常规无线电能传输系统要低许多 。
被一些学者选作实验对象的是猴子，他们针对基于柔性电极的植入式设备电场耦合，开展有关其相关无线电能传输系统的研究，该系统耦合面积是4cm2，传输深度有7mm，传输功率为120m W，并且传输效率超过了50% ，另外，研究人员经探索察觉到，经由身体组织的电场耦合式无线电能传输系统，其最佳工作频率处于100达200MHz之间，然而该项研究明确规定，人体内的接收极板、体外发射极板务必正好相对，如此一来便对其灵活性产生了限制。
当下，给可旋转部件供电的途径，多数是借助“集电 - 电刷”方式，这般的电能供应方式，不但会生出较强的电磁干扰，进而影响传感，而且在长久的工作情形下，易于致使电刷损坏，要是采用磁场耦合式无线电能传输系统，又会出现繁杂的线圈缠线状况，所以选用电场耦合式无线电能传输系统，成了最佳的解决办法。
有学者率先提出了两种能够应用于旋转类设备的耦合结构，分别是圆盘式与圆筒式，当进行对比时，发现圆筒式结构的耦合电容值比圆盘式的要高 ；有学者把空气动力流体轴承应用到旋转电容器结构上，借助最小化电容分离距离，最大化相对面积这一操作，来保证静止与运动表面之间的电容耦合达到最大化，经不同规格的流体轴承设计，可使耦合电容比平板式结构大 100 倍。
电场耦合式无线电能传输系统的主要应用场景，被图1进行了总结。在多数常见应用领域里，电场耦合式无线电能传输系统，和磁场耦合式无线电能传输系统有着同样的效果，能够实施等量替代，然而在部分特殊应用领域中，电场耦合式无线电能传输具备比磁场耦合式无线电能传输显著的优势。所以，研究电场耦合式无线电能传输系统是势在必行的。
图1 应用场景
此篇文章源自2022年第5期的《电工技术学报》，其论文题目是“电场耦合式无线电能传输技术的发展现状”，作者在于宙、肖文勋 等之列。其中第一作者是于宙，其身份为硕士研究生；通讯作者是肖文勋，有着副教授的职称，还是硕士生导师，其研究方向是无线电能传输机理及其应用。本课题获得了国家自然科学基金重点项目、广东省基础与应用基础研究基金、中央高校基本科研业务费专项资金以及“攀登计划”广东大学生科技创新培育专项资金的资助。
