无线电力传输

无线电力传输或电磁能量传输是没有电线作为物理链路的电能传输。在无线电力传输系统中，由来自电源的电力驱动的发射器设备产生时变电磁场，该电磁场将电力跨空间传输到接收器设备，接收器设备从场中提取电力并将其提供给电气设备。加载.无线电力传输技术可以消除电线和电池的使用，从而为所有用户增加电子设备的移动性、便利性和安全性。无线电力传输可用于为互连电线不方便、危险或不可能的电气设备供电。

无线电力技术主要分为近场和远场两大类。在近场或非辐射技术中，电力通过使用线圈之间的电感耦合的磁场或使用金属电极之间的电容耦合的电场在短距离上传输。电感耦合是应用最广泛的无线技术；它的应用包括为手机和电动牙刷等手持设备充电，植入式医疗设备（如人工心脏起搏器或电动汽车）中的RFID标签、感应烹饪以及无线充电或连续无线电力传输。

在远场或辐射技术（也称为功率束）中，功率通过电磁辐射束传输，例如微波或激光束。这些技术可以将能量传输更远的距离，但必须针对接收器。这种类型的建议应用是太阳能卫星和无线供电的无人驾驶飞机。

与所有无线电力系统相关的一个重要问题是限制人和其他生物暴露于潜在的有害电磁场。

无线电力传输是通过电磁场传输能量的多种不同技术的总称。下表中列出的这些技术的不同之处在于它们可以有效传输电力的距离、发射器是否必须瞄准（指向）接收器以及电磁能的类型他们使用：时变电场、磁场、无线电波、微波、红外线或可见光波。

通常，无线电力系统由连接到电源（例如主电源线）的“发射器”设备和一个或多个接收电力的“接收器”设备组成并将其转换回由电气负载使用的直流或交流电流。在发射器处，输入功率通过某种类型的“天线”设备转换为振荡电磁场。“天线”这个词在这里用得很松散；它可能是产生磁场的线圈，产生电场的金属板，发射无线电波或产生光的激光。接收器处的类似天线或耦合装置将振荡场转换为电流。决定波类型的一个重要参数是频率，它决定了波长。

无线电力使用与无线电等无线通信设备相同的场和波，另一种熟悉的技术涉及通过电磁场无线传输电能，用于手机、广播和电视广播以及WiFi。在无线电通信中，目标是信息的传输，因此到达接收器的功率量并不那么重要，只要信息能够被清晰地接收就足够了。在无线通信技术中，只有极少量的功率到达接收器。相反，对于无线电力传输，接收到的能量是重要的，因此效率（接收到的传输能量的比例）是更重要的参数。出于这个原因，无线电力技术可能比无线通信技术更受距离的限制。

无线电力传输可用于为无线信息发射器或接收器供电。这种类型的通信称为无线供电通信(WPC)。当收集的电力用于为无线信息发射器供电时，该网络称为同时无线信息和电力传输（SWIPT）；而当它用于为无线信息接收器供电时，它被称为无线供电通信网络（WPCN）。

谐振电感耦合（电动耦合，强耦合磁共振）是一种电感耦合形式，其中功率通过两个谐振电路（调谐电路）之间的磁场（B，绿色）传输，其中一个在发射器中一个在接收器中（见右图）。每个谐振电路都由一个线圈组成，该线圈连接到一个电容器，或一个自谐振线圈或其他具有内部电容的谐振器。两者被调谐到同时产生共鸣谐振频率。线圈之间的共振可以xxx增加耦合和功率传输，类似于振动音叉可以在调谐到相同音高的远处音叉中引起共鸣振动的方式。

NikolaTesla在20世纪之交的无线电力传输开创性实验中首次发现了谐振耦合，但直到最近才探索使用谐振耦合来增加传输范围的可能性。2007年，由麻省理工学院的MarinSoljačić领导的一个团队使用两个耦合调谐电路，每个电路由一个25厘米的自谐振线圈制成，频率为10MHz，以在2米（6.6ft)（线圈直径的8倍），效率约为40%。

谐振电感耦合系统背后的概念是，高Q因子谐振器交换能量的速率远高于它们由于内部阻尼而损失的能量。因此，通过使用共振，可以在更远的距离上传输相同数量的功率，使用近场xxx区域（“尾部”）中的弱得多的磁场。谐振电感耦合可以在4到10倍于线圈直径(Dant)的范围内实现高效率。这被称为“中程”转移，与非谐振感应传输的“短程”相反，只有当线圈相邻时才能达到类似的效率。另一个优点是谐振电路之间的相互作用比与非谐振物体的相互作用要强烈得多，因此由于附近杂散物体的吸收而导致的功率损失可以忽略不计。

谐振耦合理论的一个缺点是，在两个谐振电路紧密耦合的近距离范围内，系统的谐振频率不再恒定，而是“分裂”成两个谐振峰值，所以xxx功率传输不再发生在原始谐振频率，振荡器频率必须调谐到新的谐振峰值。

谐振技术目前被广泛应用于现代感应式无线电力系统中。为这项技术设想的可能性之一是区域无线电力覆盖。房间墙壁或天花板上的线圈可能能够以合理的效率为房间任何地方的灯和移动设备供电。以无线方式为时钟、收音机、音乐播放器和遥控器等小型设备供电的环境和经济效益是，它可以xxx减少每年处理的60亿个电池，这是有毒废物和地下水污染的主要来源。

电容耦合也称为电耦合，利用电场在两个电极（阳极和阴极）之间传输电力，形成用于传输电力的电容。在电容耦合（静电感应）中，电感耦合的共轭，能量通过电极（如金属板）之间的电场传输。发射器和接收器电极形成一个电容器，其间的空间作为电介质。发射器产生的交流电压施加到发射板上，振荡电场通过静电感应在接收板上感应出交流电势，导致交流电流在负载电路中流动。传输的电量随着频率的增加而增加电压的平方和电容板之间，它与较小板的面积成正比，（对于短距离）与分离成反比。

电容耦合实际上仅在少数低功率应用中使用，因为传输大量功率所需的电极上的非常高的电压可能是危险的，并且可能导致令人不快的副作用，例如有害臭氧的产生。此外，与磁场相比，电场由于介电极化而与包括人体在内的大多数材料发生强烈相互作用。电极之间或电极附近的介入材料可以吸收能量，在人类可能导致过度电磁场暴露的情况下。然而，电容耦合比电感耦合具有一些优势。该场在很大程度上限制在电容器板之间，从而减少了干扰，这在电感耦合中需要重型铁氧体“磁通限制”磁芯。此外，发射器和接收器之间的对齐要求不太重要。电容耦合最近已被应用于为电池供电的便携式设备充电以及在生物医学植入物中充电或连续无线电力传输，并且正在考虑中作为在集成电路的衬底层之间传输功率的一种方式。

使用了两种类型的电路：

• 横向（双极）设计：在这种类型的电路中，有两个发射器板和两个接收器板。每个发射器板耦合到接收器板。发射器振荡器通过高交流电压驱动反相（180°相位差）发射板，负载连接在两个接收板之间。交变电场在接收器板中感应出相反相位的交流电势，这种“推拉”作用导致电流通过负载在板之间来回流动。这种无线充电配置的缺点是接收设备中的两个板必须与充电板面对面对齐，设备才能工作。
• 纵向（单极）设计：在这种类型的电路中，发射器和接收器只有一个有源电极，接地或大的无源电极用作电流的返回路径。发射器振荡器连接在有源电极和无源电极之间。负载也连接在有源电极和无源电极之间。发射器产生的电场通过静电感应在负载偶极子中引起交变电荷位移。