第1章 绪 论
1.1 无线电能传输技术的研究背景
无线电能传输技术是一种通过电磁场或电磁波实现能量从电源到负载无电气接触的新型输电方式，相比传统导线输电方式，具有安全可靠等优点，尤其适用于一些特殊的应用场合，因此受到了越来越广泛的关注。
无线电能传输技术（Wireless Power Transmission，WPT）也称无接触能量传输（Non-Contact Power Supply，NCPS）、感应耦合电能传输（Inductive Coupled Power Transfer，ICPT）、无接触能量传输（Contactless Power Transfer，CPT）或松耦合电能传输（Loosely Coupled Inductive Power Transfer，LCIPT）。
1.1.1 无线电能传输技术的研究背景
近年来，许多便携式电器（如笔记本电脑、手机、音乐播放器等移动设备）都需要电池和充电，电源电线频繁地拔插，既不安全也容易磨损，一些充电器、电线、插座标准也不完全统一，这样就造成了原材料的浪费，形成了对环境的污染；在特殊场合下（例如矿井和石油开采中），传统的输电方式在安全上也存在隐患；孤立的岛屿和工作于山头的基站采用架设电线的传统配电方式又存在很多的困难。无线供电技术采用电磁感应耦合的方式进行电能传输，消除了摩擦、触电的危险，提高了系统电能传输的灵活性，显著减小了用电系统的重量和体积。无线供电传输系统功能性好、可靠性高、柔性好，安全性、可靠性及使用寿命较高，加上无接触无磨损的特性，能够满足多种不同条件下电工设备的用电需求，同时兼顾了信息传输功能的需求。该技术特别适用于那些不同部件之间需要相对独立运动的设备，诸如小到微特电机、精密仪表，大到工厂中的操作臂、机器人，城市交通中的电车、地铁，尤其适用于那些空间受限或是需要完全封闭特殊的应用场合。在上述情形下，无线电能传输技术被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一，2008年12月15日在纪念中国科协成立50周年大会上，无线电能传输技术也被中国科协评选为“10 项引领未来的科学技术”
之一。
1.1.2 无线电能传输技术的研究意义
无线电能传输技术具有以下优点：
①没有裸露导体存在，能量传输能力不受环境因素，如尘土、污物、水等的影响，因此这种方式比起通过电导线连接来传输能量，不存在机械磨损和摩擦，更为可靠、耐用；
②系统各部分之间相互独立，可以保证电气绝缘，且不发生火花；
③变压器初、次级可以相互分离，能够采用多个次级绕组接收能量时可为多个用电负载电能传输，配合自由，可以处于相对静止或运动状态，组织形式灵活多样，适用范围也更广泛。
基于无线电能传输技术的以上优点，所以其在各个领域的应用，都有着传统供电无法比拟的优势。很多低功耗的设备将摆脱电缆的束缚，也不再使用电池；采用无线供电技术的很多设备的安全性能、可靠性将有较大提升；电能将能跨越一些特殊的环境，进行远距离传输；无线局域网也能输送电能，处在网络覆盖中的便携设备的电源使用时间将大大延长，甚至可以连续使用。无线供电技术研究推动了电力电子技术的发展，既具有较好的理论意义，又具有较高的实用价值。
近年来，无线电能传输技术发展迅猛，在军事、通信、工业等各大领域都拥有十分广阔的应用前景。对于消费者来说，无线电能传输技术的意义还不仅仅是带来充电方式的便捷化，随着无线电能传输技术从手机、平板等小功率设备向笔记本电脑、智能电视甚至电动汽车等大型设备的拓展，可以说，无线电能传输技术必将为人们的日常生活带来更多的惊喜。全球无线电能传输市场规模逐年递增，据IHS iSuppli数据显示，2010年无线电能传输设备市场收入达到1.2亿美元，2015年达到237亿美元。从2011 年开始，全球无线电能传输模块销量急剧增长，2019年将增长到9.23亿个（见表1-1）。手机、笔记本电脑等是无线电能传输的主要应用对象，厂商正将无线电能传输技术嵌入到包括智能手机、平板电脑、蓝牙耳机在内的终端。
表1-1 全球无线电能传输应用数量的预测 （单位：百万个）
Marketsand Markets最新研究报告也显示，2014～2020年，全球无线电力传输市场年复合增长率高达60.49%，预计到2020年，该市场规模将达到170.4亿美元（约合人民币1050.2亿元）。报告中指出，电子消费产品需求的不断上涨是促进全球无线电力传输市场迅速增长的主要原因，它主要集中在便携式充电设备领域，包括智能电话、平板电脑和可穿戴电子设备等。报告中预计，2014～2020年，消费电子产品的年复合增长率将达到61.18%。从长远来讲，随着其他应用程序的开发和集成，无线电力传输还可以应用于更多领域，包括医疗保健、汽车和国防等。未来，磁共振技术将主导整个无线电力传输市场。
2016 年无线充电发射端与接收端的市场规模为 27.2 亿美元、9.9 亿美元，根据IHS Isuppli预测， 2020 年有望分别达到 99 亿美元、26.9 亿美元， 在 2014～2024 年间两端总规模将以 39.3%的年复合率高速增长，市场成长空间巨大。
无线电能传输技术的研究必将导致大量新的研究领域的出现，产生新的经济增长点，使电能的应用更为广阔，必将在特殊环境中的电工设备馈电限制，开拓如机械制造、能源交通以及在生物医学、家用电器等多方面的应用，并带动相关技术的发展。因此，该系统的研究不仅有重要的科学意义，而且有明确的实用价值和广阔的应用前景，可能带来显著的经济和社会效益。无线电能传输系统的安全性、可靠性和灵活性决定了它的巨大应用潜力。