第1章　緒　　論

1.1　無線電能傳輸技術的研究背景

無線電能傳輸技術是一種通過電磁場或電磁波實現能量從電源到負載無電氣接觸的新型輸電方式，相比傳統導線輸電方式，具有安全可靠等優點，尤其適用于一些特殊的應用場合，因此受到了越來越廣泛的關注。

無線電能傳輸技術（Wireless Power Transmission，WPT）也稱無接觸能量傳輸（Non-Contact Power Supply，NCPS）、感應耦合電能傳輸（Inductive Coupled Power Transfer，ICPT）、無接觸能量傳輸（Contactless Power Transfer，CPT）或松耦合電能傳輸（Loosely Coupled Inductive Power Transfer，LCIPT）。

1.1.1　無線電能傳輸技術的研究背景

近年來，許多便攜式電器（如筆記本電腦、手機、音樂播放器等移動設備）都需要電池和充電，電源電線頻繁地拔插，既不安全也容易磨損，一些充電器、電線、插座標準也不完全統一，這樣就造成了原材料的浪費，形成了對環境的污染；在特殊場合下（例如礦井和石油開采中），傳統的輸電方式在安全上也存在隱患；孤立的島嶼和工作于山頭的基站采用架設電線的傳統配電方式又存在很多的困難。無線供電技術采用電磁感應耦合的方式進行電能傳輸，消除了摩擦、觸電的危險，提高了系統電能傳輸的靈活性，顯著減小了用電系統的重量和體積。無線供電傳輸系統功能性好、可靠性高、柔性好，安全性、可靠性及使用壽命較高，加上無接觸無磨損的特性，能夠滿足多種不同條件下電工設備的用電需求，同時兼顧了信息傳輸功能的需求。該技術特別適用于那些不同部件之間需要相對獨立運動的設備，諸如小到微特電機、精密儀表，大到工廠中的操作臂、機器人，城市交通中的電車、地鐵，尤其適用于那些空間受限或是需要完全封閉特殊的應用場合。在上述情形下，無線電能傳輸技術被美國《技術評論》雜志評選為未來十大科研方向之一，2008年12月15日在紀念中國科協成立50周年大會上，無線電能傳輸技術也被中國科協評選為“10 項引領未來的科學技術”之一。

1.1.2　無線電能傳輸技術的研究意義

無線電能傳輸技術具有以下優點：

①沒有裸露導體存在，能量傳輸能力不受環境因素，如塵土、污物、水等的影響，因此這種方式比起通過電導線連接來傳輸能量，不存在機械磨損和摩擦，更為可靠、耐用；

②系統各部分之間相互獨立，可以保證電氣絕緣，且不發生火花；

③變壓器初、次級可以相互分離，能夠采用多個次級繞組接收能量時可為多個用電負載電能傳輸，配合自由，可以處于相對靜止或運動狀態，組織形式靈活多樣，適用范圍也更廣泛。

基于無線電能傳輸技術的以上優點，所以其在各個領域的應用，都有著傳統供電無法比擬的優勢。很多低功耗的設備將擺脫電纜的束縛，也不再使用電池；采用無線供電技術的很多設備的安全性能、可靠性將有較大提升；電能將能跨越一些特殊的環境，進行遠距離傳輸；無線局域網也能輸送電能，處在網絡覆蓋中的便攜設備的電源使用時間將大大延長，甚至可以連續使用。無線供電技術研究推動了電力電子技術的發展，既具有較好的理論意義，又具有較高的實用價值。

近年來，無線電能傳輸技術發展迅猛，在軍事、通信、工業等各大領域都擁有十分廣闊的應用前景。對于消費者來說，無線電能傳輸技術的意義還不僅僅是帶來充電方式的便捷化，隨著無線電能傳輸技術從手機、平板等小功率設備向筆記本電腦、智能電視甚至電動汽車等大型設備的拓展，可以說，無線電能傳輸技術必將為人們的日常生活帶來更多的驚喜。全球無線電能傳輸市場規模逐年遞增，據IHS iSuppli數據顯示，2010年無線電能傳輸設備市場收入達到1.2億美元，2015年達到237億美元。從2011 年開始，全球無線電能傳輸模塊銷量急劇增長，2019年將增長到9.23億個（見表1-1）。手機、筆記本電腦等是無線電能傳輸的主要應用對象，廠商正將無線電能傳輸技術嵌入到包括智能手機、平板電腦、藍牙耳機在內的終端。

Marketsand Markets最新研究報告也顯示，2014～2020年，全球無線電力傳輸市場年復合增長率高達60.49%，預計到2020年，該市場規模將達到170.4億美元（約合人民幣1050.2億元）。報告中指出，電子消費產品需求的不斷上漲是促進全球無線電力傳輸市場迅速增長的主要原因，它主要集中在便攜式充電設備領域，包括智能電話、平板電腦和可穿戴電子設備等。報告中預計，2014～2020年，消費電子產品的年復合增長率將達到61.18%。從長遠來講，隨著其他應用程序的開發和集成，無線電力傳輸還可以應用于更多領域，包括醫療保健、汽車和國防等。未來，磁共振技術將主導整個無線電力傳輸市場。

2016 年無線充電發射端與接收端的市場規模為 27.2 億美元、9.9 億美元，根據IHS Isuppli預測， 2020 年有望分別達到 99 億美元、26.9 億美元， 在 2014～2024 年間兩端總規模將以 39.3%的年復合率高速增長，市場成長空間巨大。

無線電能傳輸技術的研究必將導致大量新的研究領域的出現，產生新的經濟增長點，使電能的應用更為廣闊，必將在特殊環境中的電工設備饋電限制，開拓如機械制造、能源交通以及在生物醫學、家用電器等多方面的應用，并帶動相關技術的發展。因此，該系統的研究不僅有重要的科學意義，而且有明確的實用價值和廣闊的應用前景，可能帶來顯著的經濟和社會效益。無線電能傳輸系統的安全性、可靠性和靈活性決定了它的巨大應用潛力。