电场耦合无线电能传输新技术，苏玉刚，周川，本文阐述了一种基于电场耦合方式的无线电能传输新技术。对无线电能传输技术研究现状做了简单介绍，详细阐述了电场耦合电能传输技
国武技论文在线 http:/www.paper.edu.cn 传输系统,它能够实垗1-10W的电力传输能力,并具有位置自由度高和髙效率的特点。他 们的研究重点在ECP技术的应用开发上 80 (3)美国力州大学:美国加州大学在ECPT技术方面的研究主要集中在基础理论上 在他们目前进行的项目(BPN555)中,实现了38w的电力传输能力(其中效率为83%) (4)重庆大学11:重庆大学电力电子与控制工程研究所在国内率先开始了对FCPT 技术的研究,取得了一定的理论研究成果,并研发出了小功率的样机装置。 除了上述研究团队外,日前还有伊朗、日本等多个国家的研究团队在ECPT技术的研发 85和推广上做着努力。日前,ECPT技术的研究还处于起步阶段,主要集中在较小功率的供电 设备上。但ECPT所只有的独特优势,必将呶引吏多研究团队的加入,为ECPT技术的发展 而共同努力。 技术目前亟需解决的问题 ECPT技术作为一种新兴的技术,它的推广与应用将为人类的生产生活带来很多的便利。 90但ECPT技术的应用研究还处于起步阶段,为了更好的推广ECPT技术,让更多的人将日光 投向ECPT技术,有许多问题还需要解决。 系统性能问题 FCPT技术作为一种新型的能量传输技术,首先需要解决的是系统传输效率问题。而影 响系统传输效率的关键是耦合机构的设计。 将耦合极板等效为电容,如公式(1)所示,C,A,d,ε和s分别表示极板电容,耦 合面积,绝对介电常数和相对介电常数。当Er一定时,耦合极板的电容上要由耦合面积A 和极板间距d所决定。硏究发现,A和d的变化将使系统的传输效率受到一定的影响。因此 如何结合实际要求来设计耦合机构,优化系统结构以提髙系统传输效率,是ECPT系统的 100个重要问题。其次,任何广泛应用的系统或技术,必定是稳定可靠的。对于ECPT系统,在 系统中加入调谐电路的一个作用就是提高系统的稳定性。同时,我们还可以通过增加外围检 测电路,并结合先进的控制算法对系统各部分进行监测与控制,从而达到提高系统稳定性的 目的 系统输出功率问题 105 目前ECPT技不的应用人都集中在小功率系统中。如何提高ECPT系统的输出功率,从 而将ECPT技术推广到更广阔的领域中,也是日前迫切需要解决的一大问题。从先进的控制 算法设计、合理的耦合机构设计以及新型的电力变换拓扑等方面入手,寻求适合于较大输出 功率的ECPT系统结构,是提高系统输出功率的有效途径。 产品标准化与市场化 110 产品相关标准的建设是产品良好发展的有力保证;产品成本的高低是影响产品市场化的 重要因素。ECPT技术是一门综合了多学科的新型技术,涉及领域广,国内国际上现有的生 产制造、运营及监督标准都不能满足ECPT技术发展的需要,亟需新的标准来促进ECP技 术的发展壮大。同时,ECPT技术作为一种电能传输技术,系统的组成涉及到元件材料、型 号、加工标准以及生产工艺等多个方面。目前,市场化的概念在ECPT技术应用领域还未得 3 国武技论文在线 http:/www.paper.edu.cn 115到具体的体现。产品生产链的形成及优化和各领域的协同合作,也是ECPT技术推广过程中 需要解决的问题。 技术的未来发展趋势 近几年来,ECPT技术在供电方面拥有日趋多样的应用。如:多个移动设备的同时充电, 人体内置设备的供电,家用照明台灯,足球机器人充电设备等。随着人们对ECPT技术的逐 120渐重视,越来越多的领域将融合进ECPT技术,以实现更完善的功能。 便携类设备、家用电器等多个设备的充电系统 科技的进步,越来越多的电子产品进入了人们的世界。然而各种电子产品的充电问题 直困扰着追求方便快捷生活节奏的现代人,这就促使着一种新的电能传输方式的岀现来解决 电线连接的限制。ECPT技术摆脱了传统电缆线的限制,应用该技术,在房间桌面上放置能 125量发射装置,即发射极板,各种需要充电终端置于桌面上,通过预先安装在终端内的能量接 收装置即可获取能量,实现能量的供给或充电。该系统叮以实现多个终端的冋时供电,很好 的解决了多个设备的无线供电问题 技术在生物医学工程领域的应用 随着生物医学的进步,越来越多的生物体内置人工设各被用于体内诊断和治疗。由于这 30些系统一般采用电池驱动,但由于电池中含有对人体有害的重金属,存在危及患者生命安仝 的问趣。因此为了确保设备的正常工作和人体的安全,就必须解决设备的供电问题。ECPT 技术就为生物体内置装置提供了“套可行的技术方案。在体外安置能量发射极板,在内置设 各中植入能量接收极板,可以同吋实现能量和信号的双冋传输。不仪解决了设备的供屯冋题, 而且同时实现了无电磁干扰状态下信号的可靠传输。 135 技术在能源交通方面的应用 伴随着绿色、环保、高效等概念的提出,电动汽车的概念成为了当今汽车领域的热门话 题。电动汽车只有清洁污染小、动力源多样化、能量转化效率高、结枃简单、维修便捷等优 点。作为“21世纪的绿色环保汽车”,电动汽车的电池充电技术的研究是制约其发展的最 重要的因素。ECPT技术能够为电动汽车的充电问题提供一个很好的解决途径。在公共停车 140场等停车地点设置充电发射极板,于汽车底板安装能量接收模块接收能量,完成电动汽玍的 能量补给。同时,ECP技术也可以应用于固定轨道交道设备的能量供给。在轨道上铺设能 量发射极板,将接收端极板安装在轨道交通设备上,能够在避免摩擦损耗、接触不可靠、火 花等问题的同时为轨道交通设备提供动力。 技术其他特殊领域的应用 作为·门新兴技术,ECHT技术拥有广阔的应用空间。目前,⊥CP技术是应用研究最多 的无线传能技术之一,存在两个影响它更进一步发展的问题:一是高频父变磁场产生的电磁 干扰问题;二是电磁感应原理的制约,使得磁场无法穿越金属屏障,能量在传输过程中遇到 金属屏障时而被迫终止。而本文阐述的FCPT技术能够在降低电磁干扰的同时,实现能量穿 越金属障碍物的不间断传输,使无线电能传输在更加广阔的领域中得到实现 150 同时,在旋转机枃供电方面,电场耦合方式可以有效去除电刷方式冇在的摩擦损耗、接 触不可靠、火花等问题,是一种较为理想的供电方式。如图2所示,也可以根据不同的 4 国武技论文在线 http:/www.paper.edu.cn 需要来设计耦合机构。 OutpuT Output Per disk Rotry Lower disk <RatiryCylinder L wur rinu 155 图2DCPT系统两种旋转耦合机构示意图 Fig 2 Two kinds of revolving coupling organization schematic drawing of ECPT systcm 结论 伴随着无线电能传输技术的发展,它越米越为人们所青眯。为人们提供了更加安全、便 l60捷、高效的生活环境。而本文所阐述FCPT技术,打破了传统的限制,将无线传能技术推向 了更广阔的应用领域。该技术的推广与应用将促进相关领域技术的进步与创新,为经济与科 技的进步做出贡献。冋时,该技术还处于初期起步阶段,依然存在许多问题需要解决,但其 本身所拥有的独特优势,为该技术的推广铺平了道路。越来越多的国内外研究团队开始注重 该技术的开发。ECP领域是一个充满活力、具有巨大应用前景的高新技术领域。 l65 参考文献 [1C liu, A. 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