趙文圣

摘 要：無線電能傳輸技術(shù)是當(dāng)下研究的熱點(diǎn)，是人工智能、電子信息、電氣設(shè)備等方面重要研發(fā)方向，因其使用較比方便，在某些特殊的環(huán)境能夠發(fā)揮更大的作用。而水下無線電能傳輸根據(jù)研究價(jià)值，筆者粗淺分析了水下無線電能傳輸技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用趨勢。

關(guān)鍵詞：無線電能傳輸技術(shù)；水下傳輸；應(yīng)用趨勢

海洋搜救、水下探測、潛水運(yùn)動(dòng)等使用的水下設(shè)備，大多使用傳統(tǒng)電池供電方式，而水下設(shè)備其他供電方式的研究不斷進(jìn)行，無線電傳輸技術(shù)也隨著引入水下設(shè)備供電系統(tǒng)之中。在未來，誰能首先解決水下無線電能傳輸問題，誰就能在未來海洋工程中占得先機(jī)。

1、無線電能傳輸技術(shù)的發(fā)展

19世紀(jì)30年代，作為第一發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的英國科學(xué)家法拉第，開創(chuàng)了無線電能傳輸?shù)男录o(jì)元。1890年，克羅地亞科學(xué)家尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）提出一個(gè)大膽的構(gòu)想：把地球作為導(dǎo)體，在地球與電離層之間建立起低頻共振，利用環(huán)繞地球的表面電磁波來遠(yuǎn)距離傳輸電力[1]，后來特斯拉建成了187英尺的無線電能傳輸鐵塔。20世紀(jì)90年代，飛利浦公司研發(fā)出了無線充電牙刷，通過內(nèi)部線圈感應(yīng)充電器發(fā)出的磁場后充電。2007年6月，知名的美國麻省理工學(xué)院，校內(nèi)研究小組利用無線電能傳輸技術(shù)給遠(yuǎn)處的燈泡供電，成功點(diǎn)亮了燈泡，同時(shí)點(diǎn)亮了世界對于無線電能傳輸技術(shù)的新里程碑。隨著歷史的不斷發(fā)展，科學(xué)的不斷進(jìn)步目前無線電能傳輸主要有三種方式，即電磁感應(yīng)式、電磁共振式、電磁波發(fā)射式。

水下無線電能傳輸技術(shù)也隨著無線電技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，在我國，浙江大學(xué)流體傳動(dòng)及控制實(shí)驗(yàn)室對于水下電磁耦合、充放電系統(tǒng)、線圈優(yōu)化等方面都有較大的研究成果，是我國國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；西北工業(yè)大學(xué)對于水下電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、水下電磁耦合等方面也進(jìn)行重點(diǎn)研究；國防科技大學(xué)也研究了獨(dú)有的水下無線電能傳輸系統(tǒng)。

2、水下無線電能傳輸技術(shù)應(yīng)用發(fā)展趨勢

隨著人類對于海洋的不斷開發(fā)，水下作業(yè)不斷增加，同時(shí)要求工作要求難度越高、時(shí)間越長，因此水下設(shè)備要求更高，能解決更多問題，而無線電能傳輸技術(shù)也在向結(jié)構(gòu)多樣化、功能集成化等方向發(fā)展，同時(shí)也存在急需解決的各種問題。

2.1 結(jié)構(gòu)多樣化

由于各國工業(yè)用電標(biāo)準(zhǔn)不一致，設(shè)備多樣化，因此無線電能傳輸也在向著多樣化結(jié)構(gòu)發(fā)展。以線圈繞組方式分類，可分為單面和雙面繞組方式。單面繞組需要寬度達(dá)的耦合器，而耦合器的位置在整個(gè)無線電能傳輸系統(tǒng)中有會(huì)有很大影響。而且單面繞組式需要設(shè)置屏蔽板，用以阻止漏磁通[2]。但由于現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，對于電子設(shè)備的體積也需要不斷變小，而此時(shí)單面繞組式則體現(xiàn)了其體積小、重量輕、扁平化等特性，適用于未來發(fā)展需要。

由于水下作業(yè)的特殊情況，設(shè)備精度一般較低，使用比較困難，因此選擇合適的磁芯對于整個(gè)設(shè)備的電能傳輸尤為重要。罐型磁芯的電磁屏蔽性較好，在一定程度上能夠很好的抗干擾性，適用于水下作業(yè)對于設(shè)備的多項(xiàng)要求。

2.2 功能集成化

水下設(shè)備功能的實(shí)現(xiàn)主要靠能量和信號兩個(gè)概念，能量為電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供保障，信號為整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行、控制、檢測提供了命令。在一個(gè)完整的水下無線電能傳輸系統(tǒng)中，需要有控制指令、檢測信號的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)能量的傳輸，這就需要整套系統(tǒng)集能量傳輸和信號發(fā)送于一體。目前行業(yè)內(nèi)主要有兩種不同的設(shè)備能量信號傳輸方式：

（1）獨(dú)立式。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置兩組線圈，分別進(jìn)行無線能量傳輸和信號傳輸，兩個(gè)線圈相對獨(dú)立。但兩組線圈無論水平放置，還是垂直放置，都會(huì)發(fā)生線圈耦合，產(chǎn)生很大的干擾，同時(shí)對于能量有很大損失，數(shù)據(jù)難以正常傳輸。

（2）高頻注入式。信號和能量的無線傳輸可以通過同一磁路進(jìn)行，這是高頻注入式的最大特點(diǎn)，它將信號和能量的傳輸集中于一種線圈，通過相同的兩極線圈工作。通過高頻信號波和低頻電能傳輸波結(jié)合，形成一個(gè)復(fù)合波，經(jīng)過傳輸設(shè)備進(jìn)行傳輸。在此傳輸過程中，能量損耗能控制在一定范圍內(nèi)，不會(huì)影響數(shù)據(jù)的傳輸，最終達(dá)到信號和能量最大化傳輸?shù)哪康摹?/p>

2.3 急需解決的問題

（1）電能傳輸穩(wěn)定性問題。無線電能傳輸本身就存在很大的不穩(wěn)定性，在水下作業(yè)要求更高。

（2）傳輸距離問題。在各種實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，一旦距離增大，就需要同時(shí)增大線圈半徑，而線圈半徑體積不可能無線增大。

（3）生物安全問題。在整個(gè)傳輸系統(tǒng)中，都存在高頻電流和磁場，對生物生存環(huán)境有很大的負(fù)面影響。

3、結(jié)語

無線電能傳輸技術(shù)由于其特有的便捷性，特別是針對水下設(shè)備能量補(bǔ)給問題，比傳統(tǒng)供電方式有很大的優(yōu)點(diǎn)，雖然還存在的很多問題，但是通過廣大研究學(xué)者的不斷努力，必將逐步解決當(dāng)下各種技術(shù)難點(diǎn)，讓水下無線電能傳輸技術(shù)得到更大的發(fā)展，擁有更廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]王浩.磁耦合諧振無線電能傳輸系統(tǒng)耦合狀態(tài)與傳輸特性研究[D].東北大學(xué)，2015.

[2]賀縣林，戚連鎖，羅寧昭.基于海水環(huán)境下ICPT系統(tǒng)電磁耦合器的研究[J].船電技術(shù)，2015，35（11）：47-51