1.7　无线输电

无线输电指不经过电缆把电能从发电装置传送到接收端的技术。无线输电技术与无线电通信中所用的发射和接收技术并无本质区别。如果无线输电得以实现（最可能的是在小功率、短距离情况下），那么在房间里的各种电气设备便可接收无线电能。杂乱如麻的电线和插线板将不复存在，而且一次性电池的使用量也会大为减少，对节约资源和保护环境都非常有利。若各种公共场所都安装无线充电设备，就不会出现没带充电器而不知所措的问题。电车也不必到充电站进行充电，而且也会减少因蓄电池没电而停止运行的情况。病人不需要做手术就可以给体内的电子设备充电。无线输电技术还在多领域得到利用，如海上风力发电站向陆地输电、向自然条件艰险的地区输电，以及电动汽车无线充电等。

1.7.1　无线输电的4种方式

（1）基于电磁感应原理的无线输电

在变压器的一次侧输入交变电流，二次侧会由于电磁感应原理感应出电动势，若二次侧电路连通，即可出现感应电流。对于无线输电而言，变压器的一次侧相当于电能发射线圈，二次侧相当于电能接收线圈，这样就可以实现电能从发射线圈到接收线圈的无线传输。

虽然电磁感应原理在电力系统中应用的初衷并不侧重于电能的传输，而是利用能量的转化改变电压、电流的数量级，但其对无线输电确实产生了一定的启发作用——尤其是电能的小功率、短距离传送。目前使用电磁感应传递电能的主要有电动牙刷，以及手机、相机、MP3等小型便携式电子设备，由充电底座进行无线充电。电能发射线圈安装在充电底座内，接收线圈安装在电子设备中。

（2）谐振式无线输电

与无线通信原理类似，发送端谐振回路的电磁波可全方位开放式弥漫在整个空间，接收端回路谐振在该特定的频率上，从而实现能量的传递。这种输电方式在接收端输出功率比较小时可以得到较高的传输效率。但其存在电磁辐射，传输功率越大，距离越远，效率越低，辐射越严重。因此这种方式只适用于小功率、短距离的场合。

（3）基于磁耦合共振原理的无线输电

该方式需要发射和接收两个共振系统，可分别由感应线圈制成，通过调节发射频率使发射端以某一频率振动，其产生的不是弥漫在各处的普通电磁波，而是一种非辐射磁场，即把电能转换成磁场，在两个线圈间形成一种能量通道。接收端的固有频率与发射端频率相同，因而产生了共振。随着每一次共振，接收端感应器中会有更多的电压产生。经过多次共振，感应器表面就会集聚足够的能量，这样接收端在此非辐射磁场中接收能量，从而完成了磁能到电能的转换，实现了电能的无线传输。未被接收的能量被发射端重新吸收。这种非辐射电磁场的范围比较有限，不适用于长距离传输，要求发射端与接收端在感应线圈半径8倍距离之内。

2007年，美国麻省理工学院MarinSoljacic研究小组利用此原理，用两个直径为1500px的铜线感应线圈作为共振器，一个与电源相连，作为发射器，另一个与台灯相连，作为接收器，成功把一盏距发射器2.13m开外的60W灯泡点亮。

（4）微波无线输电

前几种无线输电方式适用的距离、传输的功率都比较小，要想实现长距离、大功率的电能无线传输，可采用微波或激光的传输方式。由于微波或激光的波长比较短，故其定向性好，弥散小，可用于实现电能的远程传输。这种传输系统由电源、电磁波发生器、发射天线、接收天线、高频电磁波整流器、变电设备和有线电网组成，大致流程如下：电源→电磁波发生器→发射天线→接收天线→整流器→变电→电网。

2015年，日本先后两次成功进行微波无线输电实验，该成果有望用于太空太阳能发电领域。

1.7.2　基于电磁感应原理的简易无线输电

（1）工作原理

基于电磁感应原理的简易无线输电原理图如图1.37所示。图中，线圈直径为30mm，用0.5mm的漆包线绕制15圈，负载用多个发光二极管替代，发光二极管点亮的个数可以定性表示无线输电的效率。

（2）制作与调试

图1.38为在点阵板上焊接完成的简易无线输电装置。元器件参数见图1.37，个别阻容元件参数可根据实际情况调节。图1.39为绕制完成的耦合线圈。图1.40为耦合线圈无线输电实验图，如果在耦合线圈中加入磁芯（铁氧体材料），则无线输电效率明显增强，如图1.41所示。