图5.Stanford大学研制的可无线充电的植入式医疗设备,尺寸与真实药片的对比
微波,具有更好的传输支线性和距离远的特点,通常工作在GHz。基于微波的无线电能传输技术主要考虑应用在太阳能卫星向地面传输能量[5]和小型无人机的供能方面。相关的工作早在1964年美国就通过微波实现了一架悬停于18m高的直升飞机供电。最近又有报道称日本的三菱重工成功两次实现了微波无限电能传输,传输距离达到了500米。
对于未来无线电能输电的研究方向,主要有:
进一步提高传输效率。尽管目前磁感应耦合式的无线电能传输效率已经能高达90%,但几乎都是在一次侧与二次侧线圈完全对准并且距离很小的时候的最高效率。如何减小传输效率随线圈距离增加而快速下降?如何实现谐振状态跟踪,使系统谐振状态一直保持不随线圈距离变化而改变?如何设计更高效的线圈?这些都是近几年无线电能传输领域的热点问题。
提高电能传输功率。自从2009年无线充电联盟(Wireless Power Consortium)提出第一版的“Qi”标准以来,低功率5W或以下的磁感应耦合无线充电已经有了统一的标准。直到2013年,该联盟成员已有145家公司,包括诺基亚、HTC、三星等。在未来,期待有千瓦级适用于电动汽车的无线充电标准的诞生,这将会是无线充电在电动汽车领域运用的一个新的里程碑。
增加传输距离。Qi标准中的传输距离从5mm到40mm,对于中等距离的无线电能传输,可以通过加设中继线圈实现,如4线圈系统,甚至是多米勒骨牌式的线圈系统,如图6。
图6.基于多米勒骨牌式的线圈系统的无线电能传输
对其他物体的监测和屏蔽,减少对其他非接收物体的影响。这一点对于大功率,远距离的无线电能传输尤为重要。
总而言之无线电能传输技术作为一种新的电能传输方式,还有许许多多的问题值得去研究。无线电能传输体现了人类对能源高效,灵活,以及在各种环境下使用的追求。