物理学家兼电气工程师Nikola Tesla于1890年就进行无线电能传输的实验如图1-1所示,他是最早进行远距离无线输电实验的人,Nikola Tesla在他的TesaTower设想中,提出了利用电磁波进行能量和信号传递的思想,这成为现代无线通讯技术以及非接触电能传输技术的理论基础[3 5]。60年代初期,雷声公司的W.C.Brown做了很多的无线供电方面的研究,奠定了无线供电的实验基础,使无线供电的概念逐渐走向现实[2]。在Brown的实验取得成功后,人们渐渐开始对无线电能传输技术的研究产生了兴趣[2 4]。自20世纪90年代起,新西兰奥克兰大学(The University ofAuckland)的John T.Boys教授所带领的科研团队对非接触电能传输技术作了较深入研究工作与分析,取得了一系列突破性的成果,确立了感应式电能传输技术定义——感应耦合电能传输(Inductively Coupled Power Transfer,简称ICPT)。除了新西兰以外,这项技术目前已经在美国、日本、德国等地逐步推广到应用领域[7],有几种商业化产品最为典型:25464
图1-1 Nikola Tesla进行无线电力传输实验
(1)在1996年12月美国通用汽车公司第一次推出了运用电磁感应电能传输技术充电的电动概念车EV1。
(2)日本大福株式会社研制的电动汽车(图1-2)、单轨行车和自动运货车。其中一些设备已经成功应用于很多材料的运输系统中,尤其是在恶劣的环境下,例如喷漆车间[4]。
图1-2 日本大福株式会社研制的电磁感应式充电电动汽车结构图
(3)德国奥姆富尔公司的电动列车已成功的载人试行。迄今为止世界上建造的最大的电车轨道无线供电系统就位于奥姆富尔总部,其总容量达150kW,轨道长度近400m气隙为120mm[8]。
21世纪以来,特别是近年来,无线充电技术发展更为迅速,频繁涌现在各大通信技术展,电源新技术展上。越来越多的公司纷纷展示自己的研究成果。2007年6月,麻省理工学院(MIT)的Marin Sohjacic和他的研究团队在公众场合做了一个演示,他们给一个直径60cm的线圈通电,点亮了在1.83m(6ft)外接于另一个线圈上的60 w灯泡[9],线圈之间没有任何导线连接。如图1-3所示。
图1-3 MIT研究人员于实验线圈间合影
在2009年Windows 7的发布会上,微软的首席执行官鲍尔默向世界展示了新型的无线供电技术和无线视频输出[6]。在2012年9月,诺基亚为手机Lumia 920配置了自己的充电底座和无线充电枕头,作为无线供电联盟的一员,诺基亚研制出属于自己的无线供电技术。苹果Apple Watch手表和三星电子Galaxy S6智能手机也都支持无线充电功能。论文网
1.2.2 国内研究现状
在国内无线电能传输技术的起步比较晚,最早接触该技术的是西安石油学院的李宏教授,他于2001年在国内第一次讲述感应电能传输概念,此后一些高校对无线供电技术进行了相关研究,一些公司、企业和个人也展开研究[1]。重庆大学自动化学院孙跃教授等人在2003年介绍了能量接入的新模式,即感应耦合电能传输技术的结构和原理,并在同年3月研制出国内第一套基于感应耦合电能传输技术的移动式供电装置样机;该装置的成功研制填补了国内在此领域自主研发的空白,对我国无线能量传输技术发展具有重大意义[9]。中国香港城市大学的许树源教授也是较早接触电磁感应无线供电技术的研究人员之一,他主要研究了PCB(printed circuitboard)空心变压器以及基于此变压器的平板电池非接触充电平台,为手机、平板电脑等小功率消费电子产品的便携安全充电提供了很好的解决方案[4]。老牌鼠标厂家双飞燕公司在2004年着手推出“无电池”无线鼠标(在配套鼠标垫上使用),两设备内部都有电磁感应线圈,鼠标垫的电能可以连接上电脑的USB 接口获得,并通过它内部的感应线圈向鼠标内的感应线圈输送电能[10]。2008年12月17日成立无线充电联盟(Wireless Power Consortium),2010年8月31日,在北京无线充电联盟正式将Qi无线充电技术引入中国[11]。2010年1月,在美国举行的“2010 CES展览会上,海尔公司展出了机身上没有任何插头的“无尾电视”。总的来说国内的研究起步比较晚,主要还停留在理论阶段以及实验室范围内,尚无成熟的作品。
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