无线电传输能量技术分析
摘 要随着工业的发展和科技的进步，有线传输能量的方式已经不能满足人类的需求，存在受地理环境限制、设备不易维护等诸多缺陷，无线传输能量技术便应运而生。截至目前，无线电在工业、军事、交通等方面的应用已经小有规模，给人们提供了一定程度上的便利，长远看来, 无线电能量传输技术具有广泛的应用前景。本篇论文主要分析了无线电传输能量的工作原理，并且以飞利浦HX1610/02无线充电牙刷为案例具体阐述该技术如何从理论化为实践。同时分析了影响无线传输能量效果的因素、优点和缺点，并提出可行的解决方法。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景与意义 1
1.2国内外研究现状 2
1.3研究的主要内容 3
1.4本章小结 3
第二章 无线电传输能量技术原理 4
2.1电磁感应式 4
2.2电磁共振式 4
2.3 电磁辐射式 5
2.4 其他形式 6
2.5本章小结 6
第三章 无线电传输能量系统分析 7
3.1 影响无线传输能量的因素 7
3.1.1电磁波本身因素 7
3.1.2 线圈 7
3.1.3天线 8
3.1.4传输效率对传输距离的影响 9
3.1.5最佳选择：微波 10
3.2飞利浦HX1610/02无线充电牙刷案例分析 11
3.3本章小结 12
第四章 无线电传输能量技术的优缺点及个人设想 13
4.1优点 13
4.2缺点 13
4.3个人设想 14
4.4本章小结 14
结束语 15
致谢 16
参考文献 17 第一章 绪论
随着工业的发展和科技的进步，有线传输能量的方式的弊端渐渐显露，存在如受地理环境限制、设备不易维护等缺陷，有线的方式早就跟不上人们的脚步，这种状况促进了无线电传输能量技术的出现。目前看来，无线电在工业、军事、交通等方面的应用虽然已经小有规模，但从长远考虑, 无线电能量传输技术具有广泛的应用前景。
1.1研究背景与意
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
义
人类的生存与发展离不开能源。自工业革命至今，人类使用的能源发展历程大约可划分为四个阶段：柴、煤、石油、天然气，但到了现代社会，随着工业的飞速发展和经济的迅猛上涨，几千年前老祖宗留下的能源面临着将被耗尽的危险境地，生态环境受到巨大威胁。新能源与可持续利用能源的开发迫在眉睫。这其中太阳能、风能、潮汐能等受到了人类的青睐，得以充分地开发与应用，其技术手段主要是通过有线进行传输。
但由于有线传输线路繁杂、距离有限等方面的不足，人类提出了一个大胆的假设：有线是否能变成无线？并进行了求证。之后，研究无线电成为热点。预料之中，无线电技术也不断取得突破。
英国物理学家Maxwell的于1864年创立了完整的电磁波理论体系。美国物理学家Nikola Tesla于1893年发明了无线电。20世纪后段，科学家们根据已有的电磁波理论体系开始研究无线电传输能量技术。
在此之后，无线电被迅速应用到在通信、追踪定位和广播电报等方面，这给人类带来了很大的方便。无线电传输技术的研究在去年进入了高峰期,各式各样的无线充电设备开始出现，比如无线充电手机、无线充电MP3播放器等。
但无线电传输能量技术在效率、经济性以及环境兼容性上面临诸多问题，比如转换效率太低、成本高等。所以无线电传输能量技术在电力系统中的运用，尽管已经拥有了基本的理论和实践条件，但并未真正在市场上形成气候，没有得到大规模的工程实施，传输距离、控制方式、功率损耗等成为其发展的最大阻碍。
无线能量传输技术作为高新技术发展的一个里程碑，必然使人们的生活又一次发生巨大的改变。这种新型的能量传输系统不但能克服恶劣的工作环境和自然环境，更能提高设备的灵活度并且保障人员的人身安全；在交通运输方面，该技术能给一些大型的交通工具比如磁悬浮列车提供巨大的能量供给；在医疗方面，该技术可以推广至生物医学、人体植入医疗设备等；在国防军事方面，可以研制出微波飞机代替重量重、工作效率低的无人驾驶飞机进行巡逻侦察。从长远角度, 具有潜在广泛的应用前景，其研究的意义是重要的。
1.2国内外研究现状
国外对无线电能传输技术的研究较早，早在1864年，英国物理学家Maxwell的就创立了完整的电磁波理论体系
他计算出电磁波的传播速度和光速是一样的。
1886年至1888年，德国物理学家Heinrich Rudolf Hertz第一个通过试验验证了Maxwell的理论，证明了电磁波的存在。他证明了无线电辐射具有波的所有性质，且发现电磁场方程能够用波动方程表达。
最早萌生无线点传输能量想法的是一位美国物理学家Nikola Tesla，他在1899年演示了无导线的高频电流电动机，但是出于效率与安全因素，这一技术就此被搁置。
1891年特斯拉研制出后来被称为特斯拉线圈的高频变压器。
1968年，格拉泽提出在地球同步轨道上建立太阳能发电装置，将太阳能转换成电能，通过微波定向辐射到地球进行供能的大胆设想。
1975年，美国加州理工学院喷气推进实验室进行了一项被称为“Goldstone”的实验，通过工作频率为2.388G赫兹的微波，实现了1.54千米的无线电能传输。
2001年，法国国家科学研究中心的皮格努莱特，利用微波无线传输电能点亮一个40米外的200瓦的灯泡 [1]。
2006年10月，在日本，相关研究人员展示了新研制出的无线电力传输系统。此系统可应用于需要快速充电的移动手机，输出的电压为七伏，电流为四百毫安。但传输效率达到最高值也就是百分之五十时，当收发线圈间的距离仅有4毫米，某种意义上，还是需要通过非常近的距离才能使效率最大化。
2007年6月，美国麻省理工学院的助理教授Marin Soljacic和他的研究组组员对60瓦灯泡在六英尺远进行了无线供电的演示，这项利用匹配天线间的磁耦合谐振原理被称为“WiTricity”的技术在无线电能量传输技术的发展史上具有重大意义。
2009年10月，日本成功研制出给混合动力汽车无线充电的技术，将供电线圈插入充电台的混凝土中，把车载线圈对准供电线圈，就可以充电。
2012年，美国一个名为洛克希德马丁的企业研发出激光无线充电系统。
2015年，两次在日本微波无线输电的实验都取得了成功，该成果有望应用于未来的宇宙太阳能发电技术。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景与意义 1
1.2国内外研究现状 2
1.3研究的主要内容 3
1.4本章小结 3
第二章 无线电传输能量技术原理 4
2.1电磁感应式 4
2.2电磁共振式 4
2.3 电磁辐射式 5
2.4 其他形式 6
2.5本章小结 6
第三章 无线电传输能量系统分析 7
3.1 影响无线传输能量的因素 7
3.1.1电磁波本身因素 7
3.1.2 线圈 7
3.1.3天线 8
3.1.4传输效率对传输距离的影响 9
3.1.5最佳选择：微波 10
3.2飞利浦HX1610/02无线充电牙刷案例分析 11
3.3本章小结 12
第四章 无线电传输能量技术的优缺点及个人设想 13
4.1优点 13
4.2缺点 13
4.3个人设想 14
4.4本章小结 14
结束语 15
致谢 16
参考文献 17 第一章 绪论
随着工业的发展和科技的进步，有线传输能量的方式的弊端渐渐显露，存在如受地理环境限制、设备不易维护等缺陷，有线的方式早就跟不上人们的脚步，这种状况促进了无线电传输能量技术的出现。目前看来，无线电在工业、军事、交通等方面的应用虽然已经小有规模，但从长远考虑, 无线电能量传输技术具有广泛的应用前景。
1.1研究背景与意
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
义
人类的生存与发展离不开能源。自工业革命至今，人类使用的能源发展历程大约可划分为四个阶段：柴、煤、石油、天然气，但到了现代社会，随着工业的飞速发展和经济的迅猛上涨，几千年前老祖宗留下的能源面临着将被耗尽的危险境地，生态环境受到巨大威胁。新能源与可持续利用能源的开发迫在眉睫。这其中太阳能、风能、潮汐能等受到了人类的青睐，得以充分地开发与应用，其技术手段主要是通过有线进行传输。
但由于有线传输线路繁杂、距离有限等方面的不足，人类提出了一个大胆的假设：有线是否能变成无线？并进行了求证。之后，研究无线电成为热点。预料之中，无线电技术也不断取得突破。
英国物理学家Maxwell的于1864年创立了完整的电磁波理论体系。美国物理学家Nikola Tesla于1893年发明了无线电。20世纪后段，科学家们根据已有的电磁波理论体系开始研究无线电传输能量技术。
在此之后，无线电被迅速应用到在通信、追踪定位和广播电报等方面，这给人类带来了很大的方便。无线电传输技术的研究在去年进入了高峰期,各式各样的无线充电设备开始出现，比如无线充电手机、无线充电MP3播放器等。
但无线电传输能量技术在效率、经济性以及环境兼容性上面临诸多问题，比如转换效率太低、成本高等。所以无线电传输能量技术在电力系统中的运用，尽管已经拥有了基本的理论和实践条件，但并未真正在市场上形成气候，没有得到大规模的工程实施，传输距离、控制方式、功率损耗等成为其发展的最大阻碍。
无线能量传输技术作为高新技术发展的一个里程碑，必然使人们的生活又一次发生巨大的改变。这种新型的能量传输系统不但能克服恶劣的工作环境和自然环境，更能提高设备的灵活度并且保障人员的人身安全；在交通运输方面，该技术能给一些大型的交通工具比如磁悬浮列车提供巨大的能量供给；在医疗方面，该技术可以推广至生物医学、人体植入医疗设备等；在国防军事方面，可以研制出微波飞机代替重量重、工作效率低的无人驾驶飞机进行巡逻侦察。从长远角度, 具有潜在广泛的应用前景，其研究的意义是重要的。
1.2国内外研究现状
国外对无线电能传输技术的研究较早，早在1864年，英国物理学家Maxwell的就创立了完整的电磁波理论体系
他计算出电磁波的传播速度和光速是一样的。
1886年至1888年，德国物理学家Heinrich Rudolf Hertz第一个通过试验验证了Maxwell的理论，证明了电磁波的存在。他证明了无线电辐射具有波的所有性质，且发现电磁场方程能够用波动方程表达。
最早萌生无线点传输能量想法的是一位美国物理学家Nikola Tesla，他在1899年演示了无导线的高频电流电动机，但是出于效率与安全因素，这一技术就此被搁置。
1891年特斯拉研制出后来被称为特斯拉线圈的高频变压器。
1968年，格拉泽提出在地球同步轨道上建立太阳能发电装置，将太阳能转换成电能，通过微波定向辐射到地球进行供能的大胆设想。
1975年，美国加州理工学院喷气推进实验室进行了一项被称为“Goldstone”的实验，通过工作频率为2.388G赫兹的微波，实现了1.54千米的无线电能传输。
2001年，法国国家科学研究中心的皮格努莱特，利用微波无线传输电能点亮一个40米外的200瓦的灯泡 [1]。
2006年10月，在日本，相关研究人员展示了新研制出的无线电力传输系统。此系统可应用于需要快速充电的移动手机，输出的电压为七伏，电流为四百毫安。但传输效率达到最高值也就是百分之五十时，当收发线圈间的距离仅有4毫米，某种意义上，还是需要通过非常近的距离才能使效率最大化。
2007年6月，美国麻省理工学院的助理教授Marin Soljacic和他的研究组组员对60瓦灯泡在六英尺远进行了无线供电的演示，这项利用匹配天线间的磁耦合谐振原理被称为“WiTricity”的技术在无线电能量传输技术的发展史上具有重大意义。
2009年10月，日本成功研制出给混合动力汽车无线充电的技术，将供电线圈插入充电台的混凝土中，把车载线圈对准供电线圈，就可以充电。
2012年，美国一个名为洛克希德马丁的企业研发出激光无线充电系统。
2015年，两次在日本微波无线输电的实验都取得了成功，该成果有望应用于未来的宇宙太阳能发电技术。
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