总之,非接触电能传输技术的应用可有效克服传统供电方式的诸多缺点,具有巨大的市场需求和研究价值。随着电力电子、电子变压器、新型电磁材料技术和现代工业的发展,该新型供电技术必将应用于更多的领域并发挥更大的作用。
1。2WPT技术介绍
可根据电能传输原理,可将WPT技术分为三种:微波WPT、电磁感应式WPT、电磁共振式WPT,下面分别予以介绍。
1。2。1微波WPT
微波输送电能是一种不需要导线输,普遍应用于移动通信、气象雷达、微波炉、和导航等领域,常常用来传送信息等能量。上60年代,William.C.Brown首先提出了微波无线能量传输(Microwavewirelesspowertransfer,MWPT)的概念,即以微波为载体在自由空间中无线传输大功率电磁能量[6]。但是作为电能的传输媒质,微波的输出功率太小,只有提高微波的功率,才有可能作为电能的传输媒质,其经过整流电路,就可以为负载提供直流电能。微波电能传输方式弥补远距离传输的短板。
微波频率传输所具备的“定向、可穿透电离层”等特性,广泛用于如微波飞机、卫星太阳能电站等远距输电场合。其中卫星太阳能电站是应对人类能源危机的有效。
目前,微波WPT技术进一步发展还受硬件限制。然而,由于工作频率高、系统效率较低,微波WPT并不适合于能量传输距离较短的应用场合。
1。2。2电磁感应式WPT
电磁感应式WPT是基于电磁感应原理。其组成部分主要包括整流滤波、高频逆变、原边补偿、可分离变压器、副边补偿和电流调理等。它主要是从电网输入的工频交流经过整流逆变后转换成高频交变电流,并输入到可分离变压器的原边绕组,在高频电磁场的感应耦合作用下将电能传输到可分离变压器副边,而得到的高频交变电流经电流调理电路转换成负载需要的工作电流,以达到为负载供电的目的。目前较成熟的无线供电方式均采用该技术,典型的应用包括新西兰国家地热公园的
30kW旅客电动运输车、Splashpower公司的无线充电器等。可以看出,无论是小功率的消费类电子产品还是大功率EV无线供电系统,电磁感应式WPT技术都可有效实现无线供电。若无特别说明,后文中的WPT均为电磁感应式。
然而,电磁感应式WPT仍存在一系列问题:传输距离较短,距离增大时效率急剧下降;传输效率对非接触变压器的原、副边的错位非常敏感,额外功耗高等等。
1。2。3电磁共振式WPT
电磁共振式WPT以其传输距离较远、能量的耦合性和变压器的传输效率高、对非接触变压器原、副边的错位敏感度小、可实现多个终端同时供电以及定向供电等优点越来越受到研究者的关注。它还可以用来改变传统的充电模式,是各类电子产品充电实现无线化。目前变压器的实现效率已经达到了40%[7],这已经非常高了。
该项技术的原理其实非常简单,我们日常所接触到的电磁波都承载着能量。无线电广播在发射时,大部分的能量都四散在了空中,但是我们都知道两个固有频率相同的物体就可以传递震动,从而传递能量。我们可以让一个诸如铜制天线的物体发射电磁波,而让接收器来接收,转化为能量。理论上说,所有现在使用电池的电器都可以换用这种方式供电。当然,现阶段这种传递还仅限于几米的短距离范围。
关于由此产生的电磁辐射对人体的影响显示还是在安全范围之内。如果试验进行顺利,这种无线供电技术将会有非常巨大的发展空间,比如可以在地下铺设线路,随时为我们手中的电话,甚至行进中的汽车充电。但研究者指出,该技术仍处在起步阶段,这些展望都还存在在设想当中。