kiayun手机版登录app游戏登录入口.手机端安装.cc 科研简报：电场耦合式无线电能传输技术的应用进展

近些年来呀，跟着科技不断发展以及社会逐步进步，无线电能传输正慢慢走进人们的生活当中呢。而且哦，它已经连续两年被世界经济论坛列为那对世界带来影响最深、特别有可能给全球所面临挑战给出答案的十大新兴技术里面的一种哦，是具备很强潜力的哟。

依据传输原理，无线电能传输不但能够划分在近场情形下作为电场耦合式的无线电能传输，也就是ECPT，还能够作为磁场耦合式的无线电能传输，也就是MCPT，而且还能划分在远场状况下作为电磁辐射式的无线电能传输，也就是ERPT。

有一种技术，称之为电场耦合式无线电能传输，能量它会通过金属极板当中的耦合电容，以此来达成，从而呢把能量作出无线传输，它凭借着一些优良的特性等，比如传能的时候特性表现良好，不会产生涡流，成本比较低，损耗同样非常低，所以呢获得了很广泛的关注关心，进而成为了当下无线电能传输方面研究研究的一个热点要点。电场耦合式无线电能传输技术本事，除了在安全性以及中远距离充电这个领域范围当中稍微有些不足欠缺之外，在其他的方面层面，比起磁场耦合式无线电能传输都具备展现出明显显著的优势长处。

1 常见应用领域

跟磁场耦合式无线电能传输相类似，电场耦合式无线电能传输也能够应用于诸多领域，比如像铁路，还有电动汽车静态充电，以及无人机，另外还有工程电机等 。

在铁路领域里，一众学者参照磁场耦合式无线电能传输系统内的四线圈结构，想出了一种针对电场耦合式无线电能传输的中继耦合结构，于原本的磁场耦合式无线电能传输系统中增添两个中继结构，它们分别跟发射端线圈以及接收端线圈磁场耦合，而两个中继结构相互之间运用电场耦合的方式，这是鉴于铁轨与地面能够当作中继线圈的电流返回路径，所以中继耦合结构仅需一对金属极板，能够切实增添耦合电容，从而提升系统的功率与效率。

有学者发觉，铁轨的侧面能够起到冷凝器的作用，所以，以铁轨构建返回路径，其传能效果，要比以轮胎构建的传能效果更为优越。

在电动汽车那里的静态充电范畴之中，有这样一名学者呢，他借助汽车四个车轮部位的金属轮圈，让其充当接收极板了哟，如此这般可是增大了耦合面积的呀，并且传输功率已然达到了60W呢。与此同时呀，这位学者作出了这样的表示，那就是也能够经由提高极板的电压这种方式，进而增加极板之间的电场强度，以此来提高传输功率的哟。

有学者对汽车底盘寄生电容的复杂网络加以运用，把它转化成阻抗匹配网络，使功率传输密度得到极明显提升，功率传输达到接近600W的水平 。在2015年之后，美国圣地亚哥州立大学陆续提出多种用于电动汽车充电的拓扑kiayun手机版登录app游戏登录入口.手机端安装.cc，这些拓扑的效率全都超过90% ，还把电场耦合式无线电能传输的功率等级正式提升至kW级别 。有学者把汽车底盘和地面当作一对极板，这一对极板与另外一对额外的金属极板一起构成耦合机构，该耦合机构实现了3.3kW的传能，其安全距离是0.25m，只是极板电压达到了24720V，所以应当进一步考虑安全屏蔽的问题。

在无人机这个领域当中 ，有学者运用补偿网络 ，升压变压器 ，将逆变器全部放置于发射的一端方法 ，使得接收端的电路仅仅按照半导体元件这样的小型器件构成 。这降低了负载端的体积以及质量。可仍旧是在保证不会影响使用功能的情况下传递了大概10W的功率 。达到了和磁场耦合那种式样的无线电能传输系统相同的功率传输效果 。然而效率仅仅体现为70% 。还有需要提升改善的地方 。

美国威斯康辛大学，在工程电机领域，于2012年到2015年之间，设计了多种新型耦合机构呀，像多层极板耦合机构、流体动力轴承耦合机构、滑动轴承耦合机构等，然而呢，却都因技术方面的问题，没能付诸应用。该团队呀，在2017年又提出了一项事情，要把电场耦合式无线电能传输应用到线性运动机构，以此来替代以往的用导线连接的方法。通过特殊改造导轨滑块的结构喽，让其形成多对耦合电容，然后连接到导轨上接入一个逆变器，在滑块那侧还要连接整流电路呢，最终成功搭建了一个电场耦合式无线电能传输系统哦，这系统是有着3.66MHz和111.9W这些参数的 。

2 特殊应用领域

相较于磁场耦合式无线电能传输系统，电场耦合式无线电能传输系统且在除常见应用领域之外的部分特殊应用的领域里，存有显著优势，像水下无线充电的领域，还有动态无线充电的领域，以及作为医疗设备和旋转类设备的无线充电领域等 。

当水用作传输介质之际，耦合机构将会同时生成导电的损耗以及介电的损耗，所以水介质同空气介质具备不一样的特性。

研究表明，有学者指出，当把海水用作耦合介质时，极间距不会对耦合机构的等效电容值造成触动，这算得上是与以空气作耦合介质的显著区分。有学者针对水下电场耦合式无线电能传输系统的耦合机构展开改造，先是把一对金属极板整个暴露于海水中，接着又将另一对金属极板先让表面附着绝缘材料之后再放置于水下情形下。该学者发出陈述，直接暴露于海水中的金属极板，依托于海水具备的导电性，能够被看成是一个电阻，所以该系统能被认作是双极板电场耦合式无线电能传输系统，并且无需严苛的位置要求。这位学者另外发现呢，系统传输效率这个东西和海水的离子浓度存在关联，然而却并未给出具体的那种相关性，。

有学者经研究显示，当所处频率处于200MHz以下之际，淡水的导电损耗于整体损耗里占据主导地位，然而当频率高于200MHz之时，介电损耗成为主导。有学者基于前述情况发现，水下电场耦合式无线电能传输系统的传能效率着重取决于耦合机构的耦合系数k与空载水介质的品质因数Q的乘积，故而该文献给出了一种能够促使系统kQ得以提升的设计方法，进而令系统效率获得了提升。有学者提出了一种以带缓冲阻尼器为特定形态的新型耦合机构设计办法，该设计使设备处于二十毫米的传输距离状况下，能够输出一千瓦的功率数值，其效率能够达到百分之九十 。

在动态无线充电的应用里头，磁场耦合式的无线电能传输系统咧，得在尤为漫长的一大段距离之上，从头到尾都铺设高频利兹线圈，以此来激发磁场哎，这伴随着蛮高的损耗以及颇具成本咧，然而电场耦合式的无线电能传输系统呢，仅仅所需弄来价格低廉的金属极板就行啦，它有着低损耗、低成本的特性。。

有学者给出了一种F型补偿拓扑，它能够有效地抑制，因接收端移除，所引发的逆变器开关管电压电流冲击，进而确保发射端于空载之时能自行进入待机状态。有学者提出了一种借助耦合电容充当虚拟开关的“接收控制”型混合耦合机构，达成了接收端移开之际，发射端不会产生空载损耗以及漏磁辐射，该系统最大输出功率是120W，最高效率达到81.42%。学者运用双极板结构电场耦合式无线电能传输系统，为电动摩托车充电，于3m长的铝箔上，达成了200W的功率输出kiayun手机版登录.v1008.点进白给你1888.中国，然而效率偏低，仍需进一步予以改进。

电场耦合式无线电能传输之中，金属极板尺寸小到能做到μm级开·云体育app下载安装，较之线圈，更适于嵌入人体，它不会于医疗设备金属表面生因电流周期性变化产生的有旋电场，还规避了对生物组织造成热上的伤害，其电磁干扰程度轻微，对其他医疗设备正常工作不会予以干扰，所以电场耦合式无线电能传输系统于植入式医疗设备领域有着极大应用价值。

有学者以具有开创为先特性的方式把极板嵌入到人的身体里面，达成了针对有着嵌入特性的医疗设备的充电操作。有学者凭借具备创新特质的主张，提出把皮肤当作耦合介质，以此来加大能量传递有效性。最终达成了对于面积为1平方毫米大小、厚度为5厘米的植入设备开展无线充电行为，充电的功率大概是0.5毫瓦，充电的效率是0.39%，尽管功率以及效率这两个数值都很低，不过证明了这种举措具备可行性质。

有学者，通过于生物体内外放置耦合极板，从而形成耦合电容，借此实现为大小36 cm2、厚度2cm的植入设备充电，传输功率为100mW，效率约在40%左右；与此同时，该学者还发现，鉴于人体组织电阻率较低，对电场具备较强的衰减以及屏蔽效果，故而效率相较于常规无线电能传输系统要低许多。

有学者把猴子当作实验对象，对基于柔性电极的，植入式设备电场耦合式无线电能传输系统展开了研究，其耦合面积是4cm2，传输深度为7mm，传输功率为120mW，传输效率超出50%。另外，研究人员还发觉，经由身体组织的电场耦合式无线电能传输系统，其最佳工作频率在100至200MHz之间，然而该研究规定，人体内的接收极板与体外发射极板得必须正对，这限制了它的灵活性。

当前，为可旋转部件进行电力供应时，多数采用“集电 - 电刷”方式，此电能供应形式，不仅会生成颇为强烈的电磁干扰，进而对传感造成影响，并且在长久处于工作状态时，易于致使电刷出现损坏情况，但要是采用磁场耦合式无线电能传输系统，便又会产生繁杂的线圈缠线问题，所以采用电场耦合式无线电能传输系统，遂成为最佳的解决办法。

有学者率先提出了可应用于旋转类设备的两种耦合结构，即圆盘式与圆筒式，对此加以对比发现，圆筒式结构的耦合电容值相较于圆盘式更高；有学者把空气动力流体轴承运用到旋转电容器结构上，通过让电容分离距离最小化，使相对面积最大化，以此保证静止与运动表面之间实现电容耦合最大化，另外通过不同的流体轴承设计规格进而能够让耦合电容比如与平板式结构相比大100倍。

图1将目前电场耦合式无线电能传输系统的主要应用场景做了总结，多数常见应景运用领域里，电场耦合式无线电能传输系统和磁场耦合式无线电能传输系统有着同样功效，能够加以量上相等的代替，而在部分特殊应用领域当中，电力源耦联合式无线能传输拥有比用场耦合磁场式无线电能传输更显而易见的长处，所以嘛，对电场耦合式无线电能传输系统展开研制是势在这里的必要行动！

图1 应用场景

本文章是依据2022年第5期《电工技术学报》所编辑而成 的，其论文的标题是“电场耦合式的无线电能传输技术的发展目前状况”，此论文的作者是于宙、肖文勋等相关人员 。其中的首名作者是就读硕士研究生的于宙 。而通讯作者是身为副教授、硕士生导师且其研究方向是无线电能传输机理以及如何应用的肖文勋 。当前这一研究课题曾接收过国家自然科学基金重点项目的全力支持 ,曾经获得过广东省基础与应用基础研究基金予以资助,更是收纳到了中央高校本身搞实际科研业务过程中所产生的全部资金的帮助 ,同时还得到过包含“攀登计划”的资助在内有关广东大学生科技创新培育专项资金的扶持 。