發(fā)布時(shí)間：2022-02-24所屬分類：電工職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要 隨著科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，無線電能傳輸技術(shù)已成為國內(nèi)外最受關(guān)注的研究課題，是未來電力發(fā)展的必然趨勢(shì)。首先介紹無線電能傳輸技術(shù)的起源，追溯到電磁波的發(fā)現(xiàn);接著分析無線電能傳輸技術(shù)的三種主要形式，包括感應(yīng)無線電能傳輸技術(shù)、諧振無線電能傳輸技術(shù)和微波
摘要 隨著科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，無線電能傳輸技術(shù)已成為國內(nèi)外最受關(guān)注的研究課題，是未來電力發(fā)展的必然趨勢(shì)。首先介紹無線電能傳輸技術(shù)的起源，追溯到電磁波的發(fā)現(xiàn);接著分析無線電能傳輸技術(shù)的三種主要形式，包括感應(yīng)無線電能傳輸技術(shù)、諧振無線電能傳輸技術(shù)和微波無線電能傳輸技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)三種形式的無線電能傳輸技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行論述，詳細(xì)闡述目前國內(nèi)外無線電能傳輸技術(shù)的研究成果，并對(duì)比分析目前研究最廣泛的感應(yīng)和諧振無線電能傳輸技術(shù)在原理、系統(tǒng)構(gòu)成、分析方法以及運(yùn)行條件上的異同，最后對(duì)無線電能傳輸技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞：感應(yīng) 諧振 微波 無線電能傳輸
0 引言
無線電能傳輸(Wireless Power Transfer, WPT)技術(shù)是指無需導(dǎo)線或其他物理接觸，直接將電能轉(zhuǎn)換成電磁波、光波、聲波等形式，通過空間將能量從電源傳遞到負(fù)載的電能傳輸技術(shù)，因此又被稱為非接觸電能傳輸(Contactless Energy Transfer, CET)技術(shù)。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電源與負(fù)載之間的完全電氣隔離，具有安全、可靠、靈活等傳統(tǒng)電能傳輸方式無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[1,2]。
無線電能傳輸是人類一百多年來孜孜不倦追求的目標(biāo)，該技術(shù)是一個(gè)多學(xué)科交叉的前沿技術(shù)，涉及電學(xué)、物理學(xué)、材料學(xué)、生物學(xué)、控制科學(xué)等多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域。無線電能傳輸可以有效地克服裸露導(dǎo)體造成的用電安全、接觸式供電的火花、接觸機(jī)構(gòu)的磨損等問題，并避免在潮濕、水下、含易燃易爆氣體的工作環(huán)境下，因?qū)Ь�式或接觸式供電引起的觸電、爆炸、火災(zāi)等事故。無線電能傳輸技術(shù)的出現(xiàn)還促進(jìn)了大量新型應(yīng)用技術(shù)的產(chǎn)生，如植入式醫(yī)療設(shè)備的非接觸式供電、超高壓/特高壓桿塔上監(jiān)測(cè)設(shè)備的非接觸式供電、家用電器的非接觸式供電、移動(dòng)設(shè)備的非接觸式供電及電動(dòng)汽車的無線充電等。伴隨著智能電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，電動(dòng)汽車的無線充電技術(shù)將極大地促進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。此外，在太空領(lǐng)域，還可以通過無線電能傳輸方式把外太空的太陽能傳輸?shù)降孛妗⒃诤教炱髦g實(shí)現(xiàn)無線電能傳輸;在軍事領(lǐng)域，無線供電可以有效地提高軍事裝備和器械的靈活性和戰(zhàn)斗力。因此，世界主要發(fā)達(dá)國家都十分重視無線電能傳輸技術(shù)的研究，美國麻省理工學(xué)院主辦的《麻省理工技術(shù)評(píng)論》雜志已將無線電能傳輸技術(shù)列為引領(lǐng)世界未來的十大科學(xué)技術(shù)之一[3]。
1 無線電能傳輸技術(shù)的起源
無線電能傳輸技術(shù)的起源可以追溯到電磁波的發(fā)現(xiàn)。1865 年，麥克斯韋在前人實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，歸納出著名的麥克斯韋方程組，理論上預(yù)見了電磁波的存在。1888 年，赫茲通過實(shí)驗(yàn)成功地“捕獲”了電磁波，從而為電信號(hào)的無線傳輸?shù)於藞?jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為電能的無線傳輸提供了發(fā)展的可能。
繼電磁波發(fā)現(xiàn)不久，偉大的發(fā)明家特斯拉就開始了無線電能傳輸技術(shù)的探索[4]，在其專利“電氣照明系統(tǒng)”中通過改進(jìn)赫茲波發(fā)射器的射頻電源[5]，提出了無線電能傳輸?shù)膫ゴ笤O(shè)想;1893 年，特斯拉在哥倫比亞世界博覽會(huì)上，在沒有任何導(dǎo)線及其他物理連接的情況下，隔空點(diǎn)亮了一盞磷光照明燈[6]。特斯拉展示的照明燈無線電能傳輸實(shí)驗(yàn)裝置如圖 1 所示[7]，發(fā)射端由高頻交流電源、變壓器、發(fā)射線圈 P、電火花間隙開關(guān) S. G 和電容器 C 組成;接收端由接收線圈 S 和一個(gè) 40W 的燈泡組成;發(fā)射線圈與接收線圈直徑均為 24in(1in=0.025 4m，24in 大約 60cm)，匝數(shù)見圖 1 中標(biāo)注。當(dāng)發(fā)射線圈電感 L 與電容器 C 以高頻交流電源的頻率發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，電容器 C 上產(chǎn)生的諧振電壓將擊穿電火花間隙開關(guān) S. G，使發(fā)射線圈 P 與電容器 C 經(jīng) S. G 短路發(fā)生串聯(lián)諧振，發(fā)射線圈 P 上流過的諧振電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，耦合到接收線圈 S，轉(zhuǎn)換成電能將燈泡點(diǎn)亮。該裝置可以在發(fā)射線圈和接收線圈相距 1ft (1ft=0.304 8m，大約 30cm)范圍內(nèi)工作。
1898 年，特斯拉又把無線電能傳輸技術(shù)應(yīng)用到人體電療中，成果在美國電療協(xié)會(huì)第 8 次年會(huì)上首次展示，并刊登在《電氣工程師》第 544 期和 550 期上，1999 年被《Proceedings of the IEEE》作為經(jīng)典論文重印[8]。特斯拉提出無線電療裝置如圖 2 所示，發(fā)射線圈為一個(gè)直徑不小于 3ft(大約 90cm)的大鐵環(huán) H，鐵環(huán)上繞有幾匝粗大的電纜線 P，兩端并聯(lián)一個(gè)由大面積極板形成的可變電容器，然后與電源相聯(lián);接收線圈為一普通漆包線繞制的線圈S，用兩個(gè)木箍 h 和硬紙板固定，連接到人體。該裝置工作時(shí)，發(fā)射線圈與可變電容器在電源頻率下發(fā)生并聯(lián)諧振，流過發(fā)射線圈的諧振電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，耦合到接收線圈，轉(zhuǎn)換為電能對(duì)人體進(jìn)行電療。
1899 年，特斯拉在科羅拉多州開展了大規(guī)模無線電能傳輸?shù)膰L試，發(fā)明了諧振頻率為 150kHz 的特斯拉線圈[9]，并在長島建造了著名的特斯拉塔如圖 3 所示。雖然最終由于資金匱乏，利用特斯拉塔進(jìn)行大功率無線電能傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)沒有實(shí)現(xiàn)，但留給人們無限的遐想。特斯拉甚至還設(shè)想將地球作為內(nèi)導(dǎo)體、地球電離層作為外導(dǎo)體，在它們之間建立起 8Hz 的低頻電磁共振(舒曼共振)，實(shí)現(xiàn)全球無線電能傳輸。因此，特斯拉毫無疑問是無線電能傳輸?shù)拈_拓者，是無線電能傳輸原理和技術(shù)的奠基者[10]。
2 無線電能傳輸技術(shù)的形式
無線電能傳輸技術(shù)主要分為三種基本形式：
(1)感應(yīng)無線電能傳輸技術(shù)。該技術(shù)可通過兩種原理實(shí)現(xiàn)：①基于電磁感應(yīng)原理，將發(fā)射線圈和接收線圈置于非常近的距離，當(dāng)發(fā)射線圈通過電流時(shí)，所產(chǎn)生的磁通在接收線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而將電能傳輸?shù)截?fù)載;②基于電場(chǎng)耦合原理，通過兩個(gè)可分離電容極板的電場(chǎng)變化，實(shí)現(xiàn)電能無線傳輸。
(2)諧振無線電能傳輸技術(shù)。該技術(shù)同樣可通過兩種原理實(shí)現(xiàn)：①基于磁諧振原理，在近場(chǎng)范圍內(nèi)，使發(fā)射線圈與接收線圈均工作于自諧振或諧振狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電能的中距離無線電能傳輸;②電場(chǎng)諧振原理，通過使兩個(gè)帶有電感的可分離電容極板工作于諧振狀態(tài)，通過電場(chǎng)諧振實(shí)現(xiàn)電能的無線傳輸。
(3)微波無線電能傳輸技術(shù)。該技術(shù)的基本原理是將電能轉(zhuǎn)換成微波，然后通過天線向空間發(fā)射，接收天線接收后轉(zhuǎn)換為電能給負(fù)載供電，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的無線電能傳輸。與該技術(shù)原理相同的無線電能傳輸方式，還有基于射頻技術(shù)的無線電能傳輸、基于激光的無線電能傳輸和基于超聲波的無線電能傳輸?shù)取?/p>
以上三種形式的無線電能傳輸技術(shù)，按照工作于電磁場(chǎng)非輻射區(qū)或是輻射區(qū)來進(jìn)行分類，可以將它們分為非輻射式無線電能傳輸技術(shù)和輻射式無線電能傳輸技術(shù)，其中感應(yīng)無線電能傳輸技術(shù)、諧振無線電能傳輸技術(shù)屬于非輻射式，而微波無線電能傳輸技術(shù)則屬于輻射式。
不同的無線電能傳輸技術(shù)性能各異，感應(yīng)無線電能傳輸技術(shù)的傳輸功率大，最大功率可達(dá)幾百 kW 以上，且效率較高，最大效率在 90%以上，但傳輸?shù)木嚯x很短，一般在幾 cm 以下[11];諧振無線電能傳輸技術(shù)現(xiàn)階段電能傳輸距離從十幾 cm 到幾 m，傳輸功率從幾十 W 到幾 kW，效率從 40%到 90% 以上;微波無線電能傳輸技術(shù)傳輸?shù)木嚯x較遠(yuǎn)，為 km 級(jí)，傳輸功率從 mW 級(jí)到 MW 級(jí)，但效率極低，一般低于 10%。目前最具有發(fā)展和應(yīng)用前景的是感應(yīng)無線電能傳輸技術(shù)和諧振無線電能傳輸技術(shù)。
3 無線電能傳輸技術(shù)的發(fā)展歷程
3.1 感應(yīng)無線電能傳輸技術(shù)
1894 年，繼特斯拉之后，M. Hutin 和 M. Leblanc 申請(qǐng)了“電氣軌道的變壓器系統(tǒng)”專利，提出了牽引電車的 3kHz 交流電源感應(yīng)供電技術(shù)[12]。間隔大約半個(gè)世紀(jì)，1960 年，B. K. Kusserow 提出植入式血泵感應(yīng)供電方式[13]，開始了感應(yīng)無線電能傳輸技術(shù)在植入式醫(yī)療設(shè)備供電中的應(yīng)用研究。隨后不久， J. C. Schuder 等在哥倫比亞密蘇里大學(xué)進(jìn)行一項(xiàng)被命名為“經(jīng)皮層能量傳輸”的研究項(xiàng)目[14,15]，提出利用接收線圈串聯(lián)電容來實(shí)現(xiàn)諧振無功補(bǔ)償，從而達(dá)到高效電能傳輸[16,17]。1970 年，紐約大學(xué)的 A. I. Thumim 等發(fā)表了植入式醫(yī)療設(shè)備感應(yīng)供電的論文，提出了在發(fā)射線圈、接收線圈同時(shí)進(jìn)行串聯(lián)電容無功補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)，并研究了耦合系數(shù)對(duì)電能傳輸性能的影響[18]。1971 年，射頻技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了感應(yīng)無線電能傳輸技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備上的發(fā)展[19]，旋轉(zhuǎn)變壓器在同期誕生[20]，用于取代電刷。1972 年，新西蘭奧克蘭大學(xué)的 Don Otto 申請(qǐng)了采用可控硅逆變器產(chǎn)生 10kHz 的交流電給小車感應(yīng)供電的專利(NZ19720167422, JP49063111)，首次驗(yàn)證了給移動(dòng)物體感應(yīng)供電的可能性。1974 年，出現(xiàn)了電動(dòng)牙刷的感應(yīng)無線充電技術(shù)[21]，裝在杯型底座的電源通過電磁感應(yīng)給牙刷中的電池充電。1978 年，電動(dòng)汽車的感應(yīng)無線充/供電也引起了學(xué)術(shù)界極大的興趣[22]。進(jìn)入 20 世紀(jì) 80 年代，對(duì)電動(dòng)汽車感應(yīng)無線電能傳輸理論的探索和應(yīng)用實(shí)踐又有了進(jìn)一步發(fā)展[23-25]。同時(shí)在植入式醫(yī)療器械非接觸供電技術(shù)方面也有了較大突破，1981 年，Ian C. Foster 進(jìn)一步提出了在接收線圈進(jìn)行并聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ岣吡藗鬏斝屎臀灰迫莶頪26]。1983 年，英國醫(yī)學(xué)研究理事會(huì)的 N. N. Donaldson 和 T. A. Perkins 提出了發(fā)射線圈進(jìn)行串聯(lián)電容補(bǔ)償、接收線圈進(jìn)行并聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)，證明存在最優(yōu)的耦合系數(shù)和最大接收功率，但效率較低只有 50%[27]。1989 年，A. Ghahary 發(fā)展了用串聯(lián)諧振變換器實(shí)現(xiàn)經(jīng)皮能量傳輸和對(duì)副邊線圈進(jìn)行串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)[28,29]。1996 年，G. B. Joun 又提出了一次側(cè)和二次側(cè)同時(shí)進(jìn)行串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)[30,31]。
新西蘭奧克蘭大學(xué)的 J. T. Boys 教授，是 20 世紀(jì) 90 年代以來對(duì)感應(yīng)無線電能傳輸技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)最大的學(xué)者之一，他系統(tǒng)地開展了對(duì)感應(yīng)無線電能傳輸技術(shù)的研究[32-34]，他的研究團(tuán)隊(duì)完善了感應(yīng)無線電能傳輸?shù)耐負(fù)溲a(bǔ)償和穩(wěn)定性理論[35-37]。J. T. Boys 教授于 1991 年申請(qǐng)的“感應(yīng)配電系統(tǒng)”的專利，已成為近 20 年來感應(yīng)無線電能傳輸技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑[32]，該專利首次系統(tǒng)地提出了感應(yīng)無線電能傳輸裝置的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法，該結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。發(fā)射線圈由三相交流電供電，具有并聯(lián)補(bǔ)償?shù)哪芰渴叭【�圈或接收線圈，接收線圈輸出經(jīng)整流和開關(guān)模式控制給負(fù)載供電，該結(jié)構(gòu)在軌道電車非接觸供電和電動(dòng)汽車無線充電中得到成功的應(yīng)用。
21 世紀(jì)以來，感應(yīng)無線電能傳輸技術(shù)開始走向產(chǎn)品化。2003 年，英國 SplashPower 公司開始進(jìn)行感應(yīng)無線電能傳輸?shù)漠a(chǎn)品開發(fā)，2005 年研制的無線充電器“SplashPad”上市[38]，可以實(shí)現(xiàn) 1mm 內(nèi)的無線充電;同年，美國 WildCharge 公司開發(fā)的無線充電系統(tǒng)，功率達(dá)到 90W，可以為多數(shù)筆記本計(jì)算機(jī)以及各種小型電子設(shè)備充電[39]，而香港城市大學(xué)的徐樹源教授則成功研制了通用型非接觸充電平臺(tái)[40]，充電時(shí)間與傳統(tǒng)充電器無異。2006 年，日本東京大學(xué)的學(xué)者利用印制塑性 MEMS 開關(guān)管和有機(jī)晶體管，制成大面積的無線電能傳輸膜片[41,42]，該膜片上印制有半導(dǎo)體感應(yīng)線圈，厚度約為 1mm、面積約為 20cm2 、重約為 50g，可以貼在桌子、地板、墻壁上，為裝有接收線圈(用于接收電能)的圣誕樹上的 LED 燈、裝飾燈、魚缸水中的燈泡或小型電機(jī)供電。2007 年微軟亞洲研究院設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種通用型“無線供電桌面”，可隨意將筆記本、手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備放在桌面上即可自動(dòng)開始充電或供電[43];同年 3 月，美國賓夕法尼亞州的 Powercast 公司開發(fā)的無線充電裝置可為各種小功率的電子產(chǎn)品充電或供電，該技術(shù)采用 915MHz 的頻率，實(shí)現(xiàn) 1m 范圍內(nèi)的無線電能傳輸，據(jù)稱約有 70%的電能轉(zhuǎn)化為直流電能，該技術(shù)已獲得美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(Federal Communications Commission, FCC)的批準(zhǔn)[44]。
在大功率感應(yīng)無線電能傳輸產(chǎn)品開發(fā)方面，主要集中在給移動(dòng)設(shè)備，特別是在惡劣環(huán)境下運(yùn)行的設(shè)備供電，例如電動(dòng)汽車、起重機(jī)、運(yùn)貨車以及水下、井下設(shè)備[45-51]。目前商業(yè)化產(chǎn)品的傳輸功率已達(dá) 200kW，傳輸效率在 85%以上，典型的有日本大阪幅庫(Daifuku)公司的單軌型車和無電瓶自動(dòng)貨車，新西蘭奧克蘭大學(xué)所屬奇思(Univervices)公司的羅托魯瓦(Rotorua)國家地?zé)峁珗@的 40kW 旅客電動(dòng)運(yùn)輸車以及德國瓦姆富爾(Wampfler)公司的載人電動(dòng)列車，其總?cè)萘繛?150kW，氣隙為 120mm[52]。此外，還有美國通用汽車公司(GM)推出的 EV1 型電動(dòng)汽車感應(yīng)充電系統(tǒng)、電車感應(yīng)充電器 Magne-chargeTM，Magne-chargeTM 的工作頻率可以在 80～350kHz 范圍變動(dòng)，傳輸效率達(dá) 99.5%。
2008 年 12 月 17 日，無線充電聯(lián)盟(Wireless Power Consortium, WPC)成立，是首個(gè)以感應(yīng)無線電能傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)的無線充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化組織[53]。2010 年 7 月，WPC 發(fā)布了 Qi 標(biāo)準(zhǔn)，同年 9 月 Qi 標(biāo)準(zhǔn)被引入中國，至 2014 年 2 月，WPC 的成員已經(jīng)超過了 200 家企業(yè)或組織。2012 年又成立了電源事項(xiàng)聯(lián)盟(Power Matters Alliance, PMA)，也是以感應(yīng)無線電能傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)的無線充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化組織，2013 年 PMA 制定出自己的無線充電標(biāo)準(zhǔn)[54]。
國內(nèi)關(guān)于感應(yīng)無線電能傳輸技術(shù)的研究文獻(xiàn)最早可查的是 2001 年，西安石油學(xué)院的李宏教授介紹了感應(yīng)無線電能傳輸技術(shù)[52]。此后，華南理工大學(xué)、重慶大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中科院電工所、西安交通大學(xué)、浙江大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等陸續(xù)開展了大量研究[55-64]。目前重慶大學(xué)孫躍教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在感應(yīng)無線電能傳輸實(shí)驗(yàn)方面，開展了大量的研究，并與新西蘭奧克蘭大學(xué)的 Patrick Aiguo Hu 進(jìn)行了深層次的學(xué)術(shù)交流與科技合作，取得了較好的成果。2011 年 10 月在天津召開的國內(nèi)首次“無線電能傳輸技術(shù)”專題研討會(huì)[65]，參會(huì)的專家們討論了無線電能傳輸技術(shù)的新進(jìn)展和存在的一些問題，并達(dá)成了“天津共識(shí)”，對(duì)無線電能傳輸技術(shù)在國內(nèi)的深入研究和繼續(xù)推廣具有重要的意義。
3.2 諧振無線電能傳輸技術(shù)
100 多年前特斯拉提出的無線電能傳輸技術(shù)，可以說是諧振無線電能傳輸技術(shù)研究的開始，但特斯拉去世后，相當(dāng)長一段時(shí)間諧振無線電能傳輸技術(shù)被人遺忘，沒有取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。而進(jìn)入 21 世紀(jì)，特斯拉利用諧振原理實(shí)現(xiàn)無線電能傳輸?shù)脑O(shè)想再次被人關(guān)注。2006 年，麻省理工學(xué)院物理系 Marin Soljacic 教授找到了“抓住”發(fā)散電磁波的方法，利用物理學(xué)的磁諧振原理，讓電磁波發(fā)射器與接收器同頻諧振，使它們之間可以進(jìn)行能量互換。他領(lǐng)導(dǎo)的研究小組進(jìn)行的無線電能傳輸實(shí)驗(yàn)表明，兩個(gè)相同設(shè)計(jì)的銅線圈(線圈直徑 60cm;線徑 6mm)，在同頻諧振情況下，可以將距離 7ft(大約 2m)的 60W 燈泡點(diǎn)亮，且整個(gè)系統(tǒng)的效率達(dá) 40% 左右，實(shí)驗(yàn)裝置如圖 5 所示[66]。Marin Soljacic 教授的研究實(shí)證了特斯拉磁諧振無線電能傳輸?shù)脑O(shè)想，是無線電能傳輸技術(shù)發(fā)展史上具有里程碑意義的突破。2007 年該成果被刊登在《Science》雜志上，掀起了國際上無線電能傳輸技術(shù)研究的熱潮，開始了諧振無線電能傳輸技術(shù)研究的激烈角逐。
2008 年 8 月，Intel 公司在英特爾開發(fā)者論壇上，展示了與麻省理工學(xué)院類似的磁諧振無線電能傳輸裝置，實(shí)現(xiàn)了在 1m 距離傳輸 60W 電能的同時(shí)，還保持了 75%的效率，是磁諧振無線電能傳輸技術(shù)的又一進(jìn)步[44]。2009 年，日本東京大學(xué)的 Yoichi Hori 教授利用 15.9MHz 的諧振頻率，對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行磁諧振無線充電，傳輸距離為 200mm，傳輸功率為 100W，效率達(dá)到 97%左右[67];同年，馬里蘭大學(xué)的 Sedwick 首次提出了用超導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)長距離磁諧振無線電能傳輸?shù)目尚行裕?duì)此進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析[68,69]。2010 年，Marin Soljacic 教授團(tuán)隊(duì)開展了另一項(xiàng)磁諧振無線電能傳輸實(shí)驗(yàn)，以 6.5MHz 的諧振頻率和超過 30%的效率，實(shí)現(xiàn)了 2.7m 的無線電能傳輸[70]。2011 年，有學(xué)者在 0.3m 的距離內(nèi)，以 3.7MHz 的頻率實(shí)現(xiàn)了功率 220W、效率 95%的磁諧振無線電能傳輸[71];同年，韓國學(xué)者實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了兩個(gè)超導(dǎo)線圈間的磁諧振無線電能傳輸機(jī)理[72]，并在 2013 年又實(shí)現(xiàn)了 4 個(gè)線圈的超導(dǎo)磁諧振無線電能傳輸，且僅在接收端采用了超導(dǎo)線圈[73]。國內(nèi)學(xué)者也對(duì)此進(jìn)行了研究[74]，并申請(qǐng)了相關(guān)專利[75]。超材料應(yīng)用于磁諧振無線電能傳輸中的技術(shù)也因此被提出來，并在實(shí)驗(yàn)上取得了很好的成果[76-80]。國內(nèi)大型企業(yè)海爾公司“無尾電視”采用的也是 MIT 的磁諧振技術(shù)[81]，現(xiàn)在正積極推廣其“無尾廚電”。2012 年 6 月，三星公司發(fā)布了采用磁諧振技術(shù)無線充電手機(jī) Galaxy S III，是磁諧振無線電能傳輸技術(shù)在商業(yè)上的首次成功應(yīng)用;同年，以諧振無線電能傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)的無線充電聯(lián)盟(Alliance for Wireless Power, A4WP)也成立起來[82]，并于 2013 年推出了 Rezence 無線充電標(biāo)準(zhǔn)。
與磁諧振無線電能傳輸技術(shù)一樣，基于電場(chǎng)諧振的無線電能傳輸技術(shù)也得到了關(guān)注[83-85]，但目前相關(guān)成果并不多，有代表性的是 2008 年美國內(nèi)華達(dá)州雷電實(shí)驗(yàn)室，研制成功了基于電場(chǎng)諧振的無線電能傳輸裝置，將 775W 的功率傳輸?shù)?5m 遠(yuǎn)的距離，效率達(dá)到 22%[86]，電場(chǎng)耦合無線電能傳輸裝置如圖 6 所示。由于電場(chǎng)對(duì)環(huán)境的影響和要求不同于磁場(chǎng)，電場(chǎng)諧振無線電能傳輸技術(shù)只能在一些特殊的場(chǎng)合應(yīng)用，局限性較大，因此目前被廣泛研究的主要是磁諧振無線電能傳輸技術(shù)。
國內(nèi)對(duì)諧振無線電能傳輸技術(shù)的研究始于 2007 年，華南理工大學(xué)張波教授團(tuán)隊(duì)采用與 Marin Soljacic 教授團(tuán)隊(duì)的耦合模理論不同的電路分析方法，建立磁諧振無線電能傳輸系統(tǒng)的電路模型[87]，并提出了頻率跟蹤控制的方法。哈爾濱工業(yè)大學(xué)朱春波教授采用直徑為 50cm 的諧振線圈，實(shí)現(xiàn)了 310kHz 諧振頻率、1m 距離、50W 功率的傳輸[88,89]。天津工業(yè)大學(xué)楊慶新教授的團(tuán)隊(duì)對(duì)從幾十 kHz 到 13.56MHz 的磁諧振無線電能傳輸系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究[90,91]。東南大學(xué)黃學(xué)良教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)采用頻率控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了距離 0.9m、60%的穩(wěn)定傳輸效率，傳輸功率大約幾十 W[92]。重慶大學(xué)孫躍教授的團(tuán)隊(duì)研發(fā)的磁諧振無線電能傳輸樣機(jī)，諧振頻率為 7.7MHz、傳輸距離為 0.8m、傳輸功率為 60W、傳輸效率為 52%[93]。清華大學(xué)的趙爭(zhēng)鳴教授系統(tǒng)地梳理了磁諧振無線輸電技術(shù)存在的問題并指出了未來的一些發(fā)展方向[94]，目前磁諧振無線電能傳輸技術(shù)在國內(nèi)呈現(xiàn)出較好的發(fā)展勢(shì)頭。——論文作者：張 波 1 疏許健 1 黃潤鴻 2
