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无线输电装置设计

摘要：

无线输电，是指不经过电缆将电能从发电装置传送到接收端的技术。该技术

最大的困难在于，如何解决无线电波在传输中的弥散和衰减问题。对于无线通讯

来说，电波的弥散可能是好事，但无线输电则恰恰相反。无线输电有望在其他领

域也得到利用，例如海上风力发电站向陆地输电、向自然条件艰险的地区输电以

及电动汽车无线充电等领域。

无线输电的提出最早要追溯到1889年尼古拉·特斯拉，作为工程师，特斯

拉研究并发展了交流电技术，为工程学做出了贡献。

目前无线输电方式主要采用感应耦合无线电能传输、磁谐振耦合无线电能传

输、微波无线电能传输、激光方式无线电能传输等方式。本文通过研究磁耦合谐

振式无线电能传输机理，构建了传输系统的集总参数电路模型，对各模型参数进

行了理论计算，并根据模型对不同传输距离下系统的传输效率与负载功率进行了

分析，得出了不同耦合状态下系统获得最大负载功率的条件。

1、引言

1.1什么是无线输电

如今，越来越多的电子产品为人们的工作生活带来了极大的便捷，但传统的

电力传输方式大多是通过导线或插座将电力传输到终端产品。随着移动设备、无

线数据传输、无线网络技术的曰益普及，人们希望能摆脱传统电力传输方式的束

缚，解除纷乱电源线带来的困扰。由此，无线电力传输技术成为21世纪最值得

期待的技术，无线充电产品成为人们关注的新焦点。目前，全球许多国家都在研

究开发无线电力传输技术，探索无线电力传输系统在不同领域的应用，致力于将

其实用化。无线电力传输(WirelessPowerTransmission，WPT)也称无线能量传

输或无线功率传输，它通过电磁感应和能量转换来实现。无线电力传输主要通过

电磁感应、电磁共振、射频、微波、激光等方式实现非接触式的电力传输。根据

在空间实现无线电力传输供电距离的不同，可以把无线电力传输形式分为短程、

中程和远程传输三大类。

1.2无线输电的应用

无线输电技术一般用于特殊的场合,具有广阔的应用前景，以下是应用举例。

（1）给一些难以架设线路或危险的地区供应电能高山、森林、沙漠、海

岛等地的台站有时遇到架设线路困难的问题,而工作在这些地方的边防哨所、无

线电导航台、卫星监控站、天文观测点等需要生活和工作用电,无线输电可补充

电力不足。此外,无线输电技术还可以给游牧等分散区村落无变压器供电和给用

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于开采放射性矿物、伐木的机器人供电。

（2）加电或拯救低轨道军用侦察卫星

低轨道军用侦察卫星进入地球阴影区时,太阳能电池不再工作,这时蓄电池

起作用。由于现代侦察设备的复杂性和侦察手段的多样性,单凭蓄电池供应的电

力往往不足,不能完成预期的军事侦察任务。为了解决这一问题,俄罗斯科学家提

出在地面上建立一系列无线供电点,当同步卫星飞掠自己国土上方时,给它们不

断供电。另一方面,随着高功率微波和激光武器反卫星技术的出现,太阳能电池板

处于暴露状态,最容易受到损伤,无线输电技术可以解决太阳能电池出故障时的

电能供给问题,挽救失去功能的卫星。

（3）保障天基定向能武器系统的电力定向能武器———微波武器、激光武

器和粒子束武器是继核武器之后的高新技术武器,其主要用途是进行软杀伤,即

破坏C4I系统中敏感的电子元器件,使其失灵或失效,以达到制胜对方的目的。近

些年来,微波武器、激光武器反导弹、反卫星技术受到世界许多国家的重视,特别

是美国和俄罗斯,这方面的资金投入和技术遥遥领先。从原理分析,在近地表空间

使用定向能武器来杀伤大气层外的目标将遇到不可逾越的困难,这是因为空气分

子要与高功率电磁射束发生相互作用和大气密度的不均匀性,使得传输的能流密

度受到了限制,导致武器发挥不了应有的作用。因此,若能在外层空间建立定向能

武器基地,自然的超高真空状态提供了极好的条件。除了核燃料是可供选择的能

源外,借助于无线输电技术,卫星太阳能电站可作为天基定向能武器的初级能源

基地。

除以上举例外，无线输电还可用于电子设备领域，解决电子设备的供电线缆

复杂问题；生命科学领，解决体内人造器官的供能问题等等。

1.3无线输电的发展历程

1889年特斯拉发明了无线输电方法，他在美国科罗拉多泉(ColoradoSpring)

建设实验室开发及研究此项无线传电技术，经过八个月的研究后，特斯拉便决定

在长岛(LongIsland)试建首座名为沃